Диаграмма состояния эвтектического типа с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии

Компоненты: вещества А и В.

Характеристика диаграммы (рис.3): оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии; в твердом – практически* нерастворимы друг в друге и не образуют химических соединений.

При добавлении компонентов А и В одного к другому происходит снижение температур начала и конца кристаллизации сплава, в результате чего при некоторой температуре t_E жидкость L_E оказывается в эвтектическом равновесии с практически чистыми компонентами А и В,

*Любые компоненты растворяются друг в друге, но в данном случае в таком небольшом количестве, что область существования твердых растворов в выбранном масштабе невозможно указать на диаграмме состояния.

 

то есть L_E (А) +(В). (Скобками рядом с компонентами означают, что компоненты А и В все же являются твердыми растворами пусть и с очень небольшой концентрацией второго компонента).

Фазы: жидкость L, кристаллы (А), кристаллы (В).

Точки: А′ – температура плавления и кристаллизации компонента А; В′ – температура плавления и кристаллизации компонента В; Е – точка эвтектики.

Линии: А′ЕВ′ – ликвидус; А′СEDВ′ – солидус (точки С и D не принадлежат оси температур). Линия СED в то же время является и эвтектической линией.

Рис. 3 Фазовая диаграмма состояния для сплавов с эвтектикой из чистых компонентов.

Эвтектическое равновесие для даннойсистемы представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава (L_E) с кристаллами (А) и (В): L_E А+В.

Образующуюся смесь называют эвтектикой.

Сплав с составом точки Е называют эвтектическим. Сплавы, находящиеся левее точки Е называют доэвтектическими, а правее точки Е – заэвтектическими.

Фазовые превращения при охлаждении типичных сплавов.

Сплав N (доэвтектический сплав) (рис.4, а).

а б

Рис. 4. Структурная диаграмма состояния эвтектического типа (а) и кривая охлаждения трансформация структуры (б) для доэвтектического сплава N

1. При охлаждении из жидкого состояния до температуры начала кристаллизации t₁ (точка 1)число степеней свободы С=2. Идет простое охлаждение жидкости L_N.

2. При охлаждении в интервале от t₁ до t₂ число степеней свободы С=1. Происходит кристаллизация практически чистого компонента (А):. L_1-Е (А).

3. При температуре t₂=t _E сохранившаяся жидкость, приобретая эвтектический состав точки Е, претерпевает эвтектическое превращение: идет совместное выделение кристаллов (А) и (В), образующих эвтектику: L_E (A)+(B).

4. Ниже точки 2 (t₂) идет простое охлаждение сплава, состоящего из первичных кристаллов (А) и эвтектики ((А)+(В)) (см. рис. 4, б).

Аналогичные фазовые превращения имеют все сплавы, расположенные правее эвтектической точки (заэвтектические сплавы), с тем отличием, что при первичной кристаллизации выделяются кристаллы (В), и соответственно структура сплавов при комнатной температуре состоит из кристаллов (В) и эвтектики ((А)+(В)).

В эвтектическом сплаве состава точки Е кристаллизацияжидкости протекает сразу же по эвтектической реакции и окончательная структура состоит только из одной эвтектики ((А)+(В)).

На диаграмме следует вертикальными пунктирными линиями выделять области, имеющие разные структурные составляющие (см. рис. 4, а).

Следует отметить, что у всех сплавов, кристаллизирующихся по этой диаграмме, ниже эвтектической горизонтали фазовый состав один и тот же – это кристаллы (А) и кристаллы (В) (см. рис. 3).

На кривой охлаждения (см. рис.4, б) в точке 1 будет перегиб. Это связано с образованием кристаллов (А) и выделением скрытой теплоты кристаллизации. Скорость охлаждения уменьшается (участок 1-2).

В процессе эвтектического превращения температура остается постоянной – на кривой охлаждения будет горизонтальный участок 2-2'_.

При более низких температурах идет равномерное с затуханием охлаждение сплава (участок 2'-t_ком).

Применим правило отрезков к фигуративной точке k сплава N (см. рис. 4, а). Проведем коноду mkn. При температуре точки k (t_к) сплав состоит из жидкости состава точки n и кристаллов (А). Процентное количество фаз будет таким: Q_Ln ; Q_A .

При эвтектической температуре доля первичных кристаллов (А) доля жидкости состава точки Е (доля эвтектики ) определятся из следующих соотношений (конода С2Е):

Q_A , Q_Le Q_Э .