Диаграмма состояния сплавов, испытывающих полиморфные превращения

Полиморфизм – способность простых и сложных веществ иметь различную кристаллическую структуру в зависимости от внешних условий температуры и давления. Различные кристаллические формы называются полиморфными модификациями, они обозначаются буквами греческого алфавита a, b, g и т.д.

Переход из одной полиморфной модификации в другую называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения в чистых компонентах и фазах постоянного состава происходят при постоянной температуре (в соответствии с правилом фаз Гиббса f = 1 – 2 + 1 = 0), а в твердых растворах или промежуточных фазах переменного состава – в интервале температур (f = 2 – 2 + 1 = 1).

На диаграмме, изображенной на рис.19, а, чистый компонент А испытывает полиморфное превращение при температуре Т₁, в сплавах (если рассматривать процесс при понижении температуры) превращение начинается на линии Т₁n (следует заметить, что фазовые превращения в твердом состоянии идут со значительным тепловым гистерезисом, поэтому кривые Т₁n и Т₁m правильнее называть не линиями начала и конца превращения, а линиями равновесия a– и b–фаз).

Рассмотрим превращения, протекающие в сплаве состава точки х при понижении температуры. Кристаллизация из жидкости закончится образованием b–твердого раствора (этот процесс подробно был рассмотрен выше), который сохраняется без изменения до температуры Т₁. При этой температуре фигуративная точка сплава оказывается на кривой Т₁n и в сплаве начинается полиморфное превращение по схеме b_a–c ---> a_b–d.

Превращение будет заключаться в образовании и росте зародышей со структурой a– фазы, пока все b– кристаллы не исчезнут.

Как видно из рис.19, а, в сплавах составов А–m превращение b ---> a протекает до конца, в сплавах составов m–n – частично, в этих сплавах при комнатной температуре в равновесии будут находиться a– и b– кристаллы, а в сплавах составов n–В полиморфное превращение отсутствует.

На рис.17, б представлена диаграмма, в которой компонент А имеет три полиморфные модификации. Две из них (низкотемпературная и высокотемпературная) изоморфны друг другу и компоненту В и образуют с ним неограниченные твердые растворы. На основе промежуточной модификации компонента А образуется граничный твердый раствор, устойчивый в интервале температур Т₄–Т₅. Область двухфазного равновесия (b + g) является замкнутой, поэтому в некоторых сплавах (например сплав х₁) превращение идет дважды: вначале b ---> g, затем g ---> b, а в других (например сплав х₂) превращение, начавшись как b ---> g, не заканчивается, затем идет в обратном направлении. При комнатной температуре оба сплава будут в однофазном состоянии.

Если полиморфизмом обладают оба компонента, диаграммы будут более разнообразны, один из вариантов представлен на рис.19, в. Полиморфное превращение будет происходить во всех сплавах.