Принцип построения диаграммы состояния.

Рассмотрим построение ДС на примере сплава из 2-х взаимнонерастворимых в твердом состоянии компонентов, химически не взаимодействующих, но неограниченно растворимых в жидком состоянии. Таким примером может служить система Pb-Sb. Строим кривые охлаждения для ряда сплавов:

Кривая а) относится к чистому Рв. Выше 327⁰С Рв находится в жидком состоянии. При постоянной температуре (327⁰С) происходит кристаллизация Pb и ниже 327⁰С он находится в кристаллическом состоянии, т.е. отрезок 0-1 соответствует охлаждению жидкости, 11′ - кристаллизации, 1′-2 – охлаждению твердого свинца. Кривая б) относится к сплаву с содержанием 95% Pb и 5% Sb. Кристаллизация начинается при температуре ниже 327⁰С (300⁰С) и протекает при переменной температуре (от т.1 до 2), а затем оставшаяся жидкость кристаллизуетсяпри постоянной температуре (2-2′) 246⁰С.

Так как на участке 1-2 кривой кристаллизации из жидкости непрерывно выделяется Рв, жидкость обогащается сурьмой (от 5% до 13% в т.2). Точка 1, соответствующая началу кристаллизации, называется точкой ликвидус, т.2′ - отвечающая концу кристаллизации – точкой солидус.

Кристаллизация следующего сплава (в) будет поисходить так же, как и у предыдущего, но начнется при более низкой температуре 260⁰С. Совместная кристаллизация Pb и Sb у этого сплава начнется при той же температуре (246⁰С), что и у предыдущего (2-2′) и концентрация жидкости к началу совместной кристаллизации будет такая же (13% Sb и 87%Pb).

Если взять сплав, соответствующий этому соотношению (13% Sb и 87%Pb), то у него из жидкости при постоянной температуре 246⁰С одновременно выделяются оба вида кристаллов без предварительной кристаллизации Рв (г).

При содержании в сплаве Sb более 13%, предварительно будет выделяться Sb (д) и сплав по мере ее выделения обогатится свинцом. Когда он в процессе кристаллизации охладится до 246⁰С, жидкость будет содержать снова 13% Sb и начнется совместная кристаллизация обоих компонентов при постоянной температуре.

Для рассмотренных 4-х сплавов, а также для чистых компонентов температуры начала и конца кристаллизации будут находиться в таких пределах (⁰С):

Для построения ДС необходимо по оси ординат откладывать полученные температуры, а по оси абсцисс – концентрации. Полученные точки ликвидус соединить одной линией, а точки солидус – другой.

Геометрическое место точек ликвидус образует линию ликвидус (liquidus - жидкость), а геометрическое место точек солидус – линию солидус.

Очевидно, что выше линии ликвидус (АВС) сплав находится в жидком состонии, а ниже линии солидус (ДВЕ) – в твердом. У сплавов, содержащих менее 13% Sb, сначала выделится Рв. Следовательно, в области между линией ликвидус и солидус имеем жидкую фазу + кристаллы Рв. Аналогично у сплавов с содержанием Sb более 13% между линиями ликвидус и солидус имеем жидкость + кристаллы Sb.

Таким образом, диаграмма показывает состояние сплава данной системы при любом соотношении компонентов и любой температуре.

Во всех случаях построения диаграммы состояния предполагается, что в жидком состоянии растворимость компонентов неограниченная, т.е. жидкая фаза однородна (далее будет обозначаться L) при любом соотношении компонентов. [Сплавы с ограниченной растворимостью в жидком состоянии в технике применяюятся мало].

3. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси. Ι тип диаграммы состояния.

В этом случае оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, а в твердом не растворимы. Химического соединения не образуют. Примером может служить система Pb-Sb.

С точки зрения кристаллазиции все сплавы Pb и Sb можно разделить на три группы:

1. Эвтектический сплав – 13% Sb и 87%Pb

2. Доэвтектический сплав 0<Sb<13%

3. Заэвтектический сплав 13<Sb<100%

Кристаллизация всех сплавов заканчивается одинаково (образованием эвтектики).

Механическая смесь 2-х (или более) видов кристаллов (фаз), одновременно кристаллизующаяся из жидкости при постоянной температуре, называется эвтектикой.

Фазы системы L-жидкость, кристаллы Pb и кристаллы Sb (максимум Ф=3). На линии АВ начинают (при охлаждении) выделяться кристаллы Pb, а на линии ВС – кристаллы Sb. На линии ДВЕ из жидкости [концентрации B] одновременно выпадают кристаллы Pb и Sb.

а) Кривая охлаждения сплава эвтектической концентрации:

б) Кривая охлаждения доэвтектического сплава

в) Заэвтектический сплав 01 – охлаждение жидкости

22′ - кристаллизация эвтектики

а) кристаллизация эвтектического сплава: при достижении линии солидус из жидкого раствора одновременно выделяется Pb и Sb. Кристаллизация происходит при постоянной температуре. Отрезок 01 – охлаждение жидкого сплава

11′ - кристаллизация эвтектики

1′2 – охлаждение закристаллизовавшегося сплава

б) кристаллизация доэвтектического сплава

01 – охлаждение жидкого сплава

1-2 – выделение из жидкого раствора кристаллов Pb

2-2′ - происходит эвтектическое превращение

2′-3 – охлаждение твердого сплава

в) кристаллизация заэвтектического сплава

01 – охлаждение жидкости

1-2 – выделение кристаллов Sb

2-2′ - совместная кристаллизация Pb и Sb

2′-3 – охлаждение твердого сплава