Диаграмма состояния сплавов с полным отсутствием растворимости компонентов

Если компоненты сплава не растворяются друг в друге, то из жидкого расплава образуются или кристаллы чистого компонента A (в левой части диаграммы состояния), или кристаллы чистого компонента B (в правой части диаграммы). Тогда ликвидус диаграммы состоит из двух частей: линия 1-2, на которой начинается кристаллизация компонента A, и линия 2-3, на которой начинается кристаллизация компонента B (рис. 56).

Итак, ликвидус диаграммы – линия 1-2-3. На этой линии начинается кристаллизация сплавов при охлаждении (и заканчивается плавление при нагреве). Солидус диаграммы – прямая, параллельная оси концентраций: 4-2-5. На этой линии заканчивается кристаллизация сплавов при охлаждении (и начинается плавление при нагреве).

В левой области 1-2-4-1 из расплава кристаллизуется компонент A, следовательно, в жидкости содержание компонента A убывает, а содержание компонента B, наоборот, растет. В правой области 2-3-5-2 идет кристаллизация компонента B; при этом содержание компонента B в расплаве убывает, а содержание компонента A, наоборот, растет.

К моменту достижения температуры солидуса (линии 4-2-5) в любом сплаве концентрация компонентов в жидкости соответствует точке 2.

Точка 2 принадлежит обеим ветвям ликвидуса и обеим областям кристаллизации. Кроме того, она находится одновременно на ликвидусе и на солидусе. Это означает, что сплав состава 2' начинает и заканчивает кристаллизоваться при одной и той же температуре. В этом сплаве при кристаллизации образуются одновременно кристаллы и компонента A, и компонента B. Они должны быть очень мелкими, так как температура точки 2 значительно ниже температур кристаллизации обоих компонентов и степень переохлаждения очень велика. Такая смесь очень мелких кристаллов двух компонентов, кристаллизующаяся при постоянной и самой низкой для данной системы температуре, называется эвтектикой (от греческого слова «легкоплавкая»).

Сплав состава 2' называют эвтектическим; сплавы в левой области диаграммы, до точки 2', называют доэвтектическими, а в правой области – заэвтектическими.

Из диаграммы видно, что кристаллизация всех сплавов данной системы заканчивается образованием эвтектики. Эвтектика представляет собой мелкозернистую структурную составляющую сплава со своими механическими свойствами. Ее принято обозначать русской буквой «Э». Состав эвтектики кратко можно записать: Э = A + B. Важно помнить, что эвтектика – это смесь двух фаз, а не одна фаза.

Структура сплавов состоит из эвтектики и кристаллов чистых компонентов, которые образовались из расплава в начале кристаллизации. В доэвтектических сплавах (сплав I на рис. 56) это кристаллы компонента A и эвтектика (рис. 57, а), в заэвтектических (сплав II на рис. 56) – кристаллы компонента B и эвтектика (рис. 57, б).

Сплавы с такой диаграммой тоже не имеют фазовых превращений в твердом состоянии, они всегда двухфазные, и поэтому не могут подвергаться упрочняющей термообработке.

Сплавы для получения отливок должны иметь состав, близкий к эвтектическому, так как именно эвтектика, кристаллизующаяся при постоянной температуре, обладает наилучшими литейными свойствами: малой усадкой и высокой жидкотекучестью. Из эвтектических сплавов делают припои, плавкие вставки, предохранители, их используют в подшипниках скольжения как антифрикционный слой.

Примеры сплавов с полной взаимной нерастворимостью компонентов: Pb – Sb, Pb – Pd, Ca – Mg.