Сплавы кристаллизуются (плавятся) в соответствии с этой диаграммой состояния в том случае, если компоненты полностью растворимы в жидкой фазе, но ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют смеси в результате эвтектической (рис. 13.4) или перитектической (рис. 13.5) реакций.
Рис.13.4. Диаграмма состояния с эвтектикой
Рассмотрим диаграмму с эвтектикой (рис. 13.4). Предельная растворимость компонента В в компоненте А определяется точкой M и эта растворимость при нагреве не меняется. Предельная растворимость компонента А в компоненте В определяется точкой N. Сплавы, лежащие левее точки M и правее точки N, кристаллизуются также, как на диаграмме неограниченной растворимости (рис. 13.2).
Сплавы, соответствующие области MN, кристаллизуются аналогично диаграмме с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии (рис. 13.3).
Разновидностью диаграммы состояния с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии является диаграмма состояния с перитектикой (рис. 13.5).
Перитектическим называется превращение, когда при взаимодействии жидкой и твердой фаз при постоянной температуре образуется одна новая твердая фаза (в отличие от эвтектического, когда из одной жидкой фазы одновременно кристаллизуются две твердые фазы). Линия СРЕ – линия ликвидус, линия СFKE – солидус. Кристаллизация сплавов I, IV происходит аналогично ранее разобранным (Cu – Ni).
Рис. 13.5. Диаграмма состояния с перитектикой
Кристаллизация сплавов, по составу расположенных между точками F и Р, осуществляется иначе. В точке K происходит перитектическое превращение, в процессе которого кристаллы твердого раствора α взаимодействуют с жидкостью, образуя новую фазу – твердый раствор β:
Ж P + α F = β K. (13.3)
В сплавах, расположенных левее точки K, в точке 2 также имеют место перитектические превращения, приводящие к образованию твердого раствора, располагающегося по границам зерен α-фазы (от греческого «перитексос» – структура окружения). После окончания кристаллизации структурой сплава будут зерна α-фазы, окруженные β-фазой.
В сплавах, расположенных правее точки K (III), количество выделившейся α-фазы невелико и она вся будет расходована на перитектическое превращение. При дальнейшем понижении температуры от точки 2 до точки 3, будут образовываться и расти зерна β-твердого раствора. Затвердевший сплав имеет структуру, состоящую из зерен твердого раствора β.
Перитектическое превращение наблюдается во многих промышленных сплавах, например, в сплавах железа с углеродом (до 0,5%), меди с цинком, меди с оловом и т.д.
Диаграммы состояния сплавов, испытывающих превращения
в твердом состоянии (вторичные превращения)
Кроме первичных превращений, т.е. превращений, связанных с переходом из жидкого состояния в твердое, в сплавах также наблюдаются вторичные превращения, происходящие в твердых сплавах при их нагреве или охлаждении. Вторичные превращения связаны с изменением растворимости компонентов, аллотропическими превращениями, упорядочением твердых растворов.
Вторичные превращения имеют важное значение на практике, так как обусловливают возможность термической обработки сплавов.
Если один из компонентов испытывает аллотропическое превращение при изменении температуры, то это отразится на линиях и точках диаграммы состояния.
Рис. 13.6 Аллотропическое изменение структуры при изменении температуры
На рис. 13.6 представлены диаграммы для следующих случаев:
а) в одном из компонентов, образующих механическую смесь, происходит аллотропическое превращение;
б) в системе с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии оба компонента испытывают аллотропические изменения и на диаграмме имеются две области неограниченной растворимости в твердом состоянии;
в) компонент А испытывает аллотропические превращения, а кристаллы В – изоморфны высокотемпературной модификации А;
г) высокотемпературные модификации растворимы друг в друге неограниченно, а низкотемпературные – ограниченно;
д) твердый раствор полностью распадается.
