Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью

компонентов в твердом состоянии (или диаграмма III рода)

На диаграммах данного вида оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии и ограниченно в твердом и не образуют химических состояний. Также на диаграмме присутствуют фазы: жидкость,  и  фаза.

a - твердый раствор компонента В в А;

 - твердый раствор компонента А в В.

В этой системе не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкости могут выделяться только твердые растворы  и . Предельная растворимость В в А определяется линией df, а предельная растворимость А в В - линией eg.

abc – линия ликвидус; X_b – химический состав эвтектики.

adec – линия солидус.

df, eg – линии предельной растворимости в твердом состоянии.

 

Сплав (1): Рассмотрим процессы, протекающие при кристаллизации доэвтектического сплава №1. При охлаждении жидкости до температуры в точке 1, где зарождаются кристаллы твердого раствора компонента В в А. Заканчивается кристаллизация твердого раствора В в А () в точке 2. При охлаждении до точки 3 изменений в структуре сплава не происходит, как не происходит изменений и в концентрации твердого раствора - содержание компонента В равно его исходному содержанию в сплаве.

При дальнейшем охлаждении ниже точки 3 концентрация компонента В в твердом растворе падает, т.е. атомы компонента В выделяются из твердого раствора. В структуре это проявляется появлением внутри зерен твердого раствора дисперсных частиц новой фазы.

Как отмечалось выше, из твердого раствора  при охлаждении ниже линии df выделяется компонент В. Однако выделение происходит не в виде кристаллов чистого компонента B, а в виде частиц твердого раствора атомов А в кристаллической решетке компонента B. Таким образом, фактически происходит выделение  фазы из твердого раствора . Эти частицы называют вторичными зернами  фазы и обозначают как ₂, имея в виду, что выделение первичных кристаллов  фазы происходит для заэвтектических сплавов из жидкой фазы.

Частицы ₂ фазы возникают у границы зерен или на определенных кристаллографических плоскостях существующей фазы. При дальнейшем охлаждении до комнатной температуры количество ₂ фазы увеличивается за счет роста имеющихся зародышей и появления новых. Скорость охлаждения оказывает сильное влияние на количество выделившейся фазы - чем выше скорость охлаждения, тем меньше ₂ фазы, и при определенной скорости охлаждения выделений не происходит. В таком случае говорят о закалке сплава.

Сплав (2): При охлаждении эвтектического сплава отмечаются следующие особенности: у него самая низкая температура плавления (кристаллизации). Кристаллизация сплава при охлаждении начинается в точке b одновременным выделением из жидкости кристаллов  и  - твердых растворов компонентов B в А и А в B соответственно.

Заканчивается переход из жидкого состояния в твердое при той же температуре, что и в начале кристаллизации в точке b. Структура сплава ниже точки b - эвтектика, состоящая из механических чередующихся зерен  и  твердых растворов. При дальнейшем охлаждении фазовых превращений не происходит, но растворимость составляющих эвтектику  и  уменьшается по правилу концентраций в соответствии с линиями ограниченной растворимости df - cg. В результате уменьшения растворимости из твердых растворов - выделяются вторичные мелкие кристаллы  и  фаз, причем, чем ниже температура, тем больше выделяется вторичных зерен.

Сплав (3): При охлаждении сплава кристаллизация начинается при достижении температуры точки 4, лежащей на линии a - b. При этом выделяются кристаллы твердого раствора компонента B в кристаллической решетке компонента А ( фаза). Охлаждение до температуры () 5 увеличивает количество  фазы, при этом оставшаяся жидкая фаза, обедняясь по компоненту А, имеет состав, согласно правилу концентраций, эвтектический. Поэтому при температуре точки 5 остаток жидкости превращается в эвтектику, и тогда затвердевший сплав имеет структуру эвтектики с отдельными зернами  фазы. Для определения состава (соотношение  фазы и эвтектики) необходимо определить отношение отрезков d - 5 и 5 - c.

При дальнейшем охлаждении превращений в сплаве не происходит, но концентрация растворенного компонента в твердых растворах  и  фаз, составляющих эвтектику, и отдельной  фазы уменьшается согласно линиям df - cg. Происходит выделение вторичных зерен  и  фаз.