Диаграмма состояния системы с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии

В некоторых случаях в расплавленном состоянии могут оказаться две несмешивающиеся жидкости, разделенные между собой поверхностью раздела. С повышением температуры растворимость жидких фаз друг в друге возрастает и при определенной температуре, соответствующей критической точке n составы обеих фаз сближаются настолько, что они превращаются в одну фазу (рисунок 3.13).

Горизонтальная линия TN является линией монотектического превращения. Особенность данного превращения заключается в том, что жидкий раствор состава точки M (L₂) распадается с образованием кристаллов компонента B и жидкости состава точки T (L₁), т.е.

L(м) «L(т) + B

(L₂ «L₁ + B).

Этот процесс похож на эвтектическую реакцию, однако, вместо компонента A образуется жидкая фаза L, обогащенная компонентом A.

Монотектическое превращение происходит при постоянной температуре, т.к. С = 2 – 3 + 1 = 0.

Рисунок 3.13. Диаграмма с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии (монотектическая система): а - типичная диаграмма; б - система медь - свинец

Типичной диаграммой с наличием ограниченной растворимости в жидком состоянии является система Cu-Pb (рисунок 3.13, б). В этой системе жидкость L₁ при температуре 954⁰С содержит 64% Cu и 36% Pb, а L₂-92,5% Pb, т.е. почти чистый свинец. В сплаве Х сначала происходит разделение жидкости на L₁ и L₂.

При 954 ⁰С жидкость, обогащенная медью (L₁ = 64% Cu) выделяет кристаллы меди, обогащая остающуюся часть жидкости почти до чистого свинца (92,5% Pb), которая обозначена L₂. Ниже линии монотектического превращения сплав будет состоять из твердой меди и несколько обогащенного медью жидкого свинца. По мере охлаждения от 954⁰ до 326⁰ жидкость L₂ очищается от меди путем выделения дополнительного ее количества в связи с уменьшением растворимости до 99,5% Pb. При 326⁰ затвердевает почти чистый свинец (эвтектика с содержанием меди 0,5%).

При кристаллизации таких сплавов часто образуется сегрегация в слитках, появившаяся в результате разницы удельных весов двух фаз. Для уменьшения сегрегации, увеличения однородности слитков применяют ускоренное охлаждение. Очень эффективным оказывается обработка сплавов при кристаллизации ультразвуковыми колебаниями.