Бинарные системы. Типы диаграмм.

                      4.  Бинарные системы (типы диаграмм)

Эвтектическая диаграмма состояния без областей твердых растворов

Эвтектическая диаграмма состояния без твердых растворов (построение ее на рис.11.2 а, вид диаграммы-рис.11.2 b)имеет два максимума, отвечающие чистым компонентам А и В, и четкий минимум, отвечающий эвтектической точке Е. Кривые охлаждения составов А, В,Е показывают горизонтальные площадки(см.рис.2.1,кривая 4),отвечающие температуре кристаллизации расплава. Эти точки (ТА, Тв,ТE)наносятся на диаграмму состояния. На рис.11.2.b видно ,как диаграмма распадается на три поля: верхнее поле расплава L,снизу ограниченное  кривой  ликвидуса  l, нижнее поле твердых фаз S, ограниченное сверху кривой  солидуса  s, и между кривыми l и s-область кристаллизации (О.К.). Кривые ликвидуса и солидуса соприкасаются в эвтектической точке E. Точка на диаграмме состояния , отвечающая составу образца и отражающая условия существования системы, называется фигуративной. Составы, отвечающие фигуративным точкам на диаграмме Ф1 и Ф2, остывают с постоянной скоростью до точек  l´A,   l´в (на кривой ликвидуса), и кривые охлаждения испытывают в этих точках перелом(уголγ на рис.11.2,а). По температурам таких точек на кривой охлаждения находится кривая ликвидуса диаграммы плавкости. Проследим  на примере состава Ф2   ход охлаждения. В точке l´в, отвечающей температуре Т´В, начинается область кристаллизации. Дальнейшее охлаждение сопровождается выпадением кристаллов состава В, причем состав расплава смещается в сторону эвтектики. Так в точке К´В  при Т´В   состав расплава l´в; в точке К″В при Т″ В состав расплава l″В; В точке К‴ В  при ТЕ состав расплава отвечает эвтектике; кристаллизуется эвтектический состав, представляющий в фазовом отношении механическую мелкодисперсную смесь обеих фаз А+В.

Так как кристаллизация происходит уже не в одной температурной точке(как в случае чистых веществ или эвтектики), а в интервале температур Т′в-ТЕ, то на кривой охлаждения вместо горизонтальной площадки  появляется ветвь с менее крутым спадом температур , чем на предыдущем участке кривой: охлаждение тормозится выделением скрытой теплоты кристаллизации. По достижении точки солидуса К‴В  кристаллизуется эвтектическая смесь; на кривой охлаждения –горизонтальная площадка. При температуре солидуса ТЕ кристаллизация закончена и наблюдается новый перелом кривой охлаждения: начинается более быстрый спад температуры( рис.11.2,а, кривая Ф2). По таким точкам перелома определяется ход  кривой  солидуса.

При застывании состава Ф1  обнаруживается такая же картина с той разницей, что выделяется твердая фаза А , а не В, а состав расплава приближается к составу эвтектики, пока при температуре ТE  не закристаллизуется эвтектическая смесь Е(30 ат. долей ,%В).

Форма эвтектической диаграммы зависит от разности температур плавления A и В. Если температуры плавления близки, точка Е лежит примерно посередине диаграммы. Если температуры плавления сильно отличаются, точка Е смещается к точке плавления низкоплавкого компонента и в пределе сливается или почти сливается с ней(см.рис.11.2,c).

Результаты  микроскопического  изучения  шлифов (рис.11.2.е). Наша диаграмма состояния (рис.11.2.b) содержит два компонента А и В, фазовая картина которых бывает различна. На рис.11.2,е  А-светлые гексагональные призмы, В- темные кубы. В шлифах чистых исходных веществ кристаллы занимают все поле шлифа (А, В). В шлифах состава , отвечающего точке эвтектики Е, происходит очень быстрая (ширина области  кристаллизации практически равна нулю) кристаллизация обеих твердых фаз. В микроскоп видна механическая смесь мельчайших кристаллов фаз А и В, тесно переплетенных друг с другом. Она очень прочная. Соотношение обеих фаз в шлифе зависит от содержания компонента  В в точке Е. В этом примере(Е)его всего 30 ат. долей % ,то есть в шлифе преобладает фаза А. Еще меньше компонента В в сплаве состава Ф1-20 атом.долей, %. Поэтому на шлифе Ф1  заметно очень  сильное  преобладание  фазы А. Но не только это. На шлифе Ф1  имеются только мелкие кристаллы В, входящие в состав эвтектики; кристаллы же А двух типов : мелкие , тоже эвтектического в основном происхождения , и крупные. Крупные кристаллы выросли  на тех немногочисленных зародышах фазы А, которые выделились около точки l′A и медленно росли , пока система охлаждалась от  температуры  ликвидуса  до температуры  солидуса.  По отношению размеров полей крупных кристаллов А к размерам полей эвтектики можно оценить положение точки Ф1 на диаграмме. Составу Ф2  отвечает свыше 85 ат. долей ,%,В.   Поле этой фазы (шлиф Ф2) уже значительно превалирует .Имеются не только мелкие, но и крупные кристаллы  В.

Рис.11.2 Эвтектическая диаграмма состояния : а-кривые охлаждения, отвечающие разным фигуративным точкам;  b,с,d-вид диаграммы состояния ;e-микроскопическая картина шлифов составов, отвечающих фигуративным точкам на рис. а и b