Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Исходные данные: оба компонента неограниченно растворимы в твердом и жидком состоянии и не образуют химических соединений.

Компоненты: химические элементы А, В

Фазы: жидкость Ж, кристаллы твердого раствора α.
Примером сплавов с такими диаграммами состояния являются сплавы системы Сu - Ni.

На диаграмме (рис. 2.2) присутствуют три области: об-ласть выше линии Аа'В - жидкость; область между линиями Аа'В и Аb'В - жидкость и твердый раствор. Ниже линии Аb'В - область твёрдого раствора. Линия Аа'В является линией ликвидус, а линия Аb'В - линией солидус.

Для определения относительного количества каждой фа-зы и состава фаз на диаграммах состояния любого типа, поль-зуются правилом отрезков (правилом рычага), основные поло-жения которого формулируются следующим образом. Чтобы оп-ределить концентрации компонентов в двухфазной области, че-рез интересующую нас точку, характеризующую состояние сплава (состав сплава и его температуру), проводится гори-зонтальная линия до пересечения с линиями, ограничивающими двухфазную область. Проекции точек пересечения на ось кон-центраций покажут состав жидкой и твердой фаз. Чтобы опре-делить количественное соотношение жидкой и твердой фаз, не-обходимо составить обратно пропорциональную зависимость между их количеством и отрезками горизонтальной линии, образованными между точкой, характеризующей состояние сплава, и точками, определяющими состав жидкой и твердой фаз.

Рис. 2.2. Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы ти-повых структур сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии

Рассмотрим на примере двух типов диаграмм (рис. 2.3), как с помощью правила отрезков можно определить количество и состав фаз, например, для состояния, соответствующего точке к.

Для определения соотношения фаз и их состава через точку к проводим горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими двухфазную область на диаграмме (точки l и s, рис. 2.3, а, б). Проекции точек пересечения на ось концентраций показывают состав жидкой фазы (точка l' – проек-ция точки l, лежащей на линии ликвидус) и твердой фазы (точка s' - проекция точки s, соответствующей на рис. 2.3, а концен-трации 100 % Sb и лежащей на линии солидус на рис. 2.3, б).

В соответствии c правилом рычага для определения весового или объемного количества твердой фазы необходимо вычислить отношение длины отрезка, примыкающего к составу жидкой фазы, к длине всего отрезка; для определения количества жидкой фазы - отношение длины отрезка, примыкающего к составу твердой фазы, к длине всего отрезка. Следовательно, количество твердой фазы α (в процентах) в точке к определится отношением отрезка kl к длине отрезка ls:

а масса или объем жидкой фазы:

Правило отрезков может использоваться не только для изучения процесса кристаллизации сплавов, но и для рассмотрения процессов, происходящих в твердом состоянии. Оно применимо ко всем двухфазным сплавам независимо от их агрегатного состояния.

а б

Рис. 2.3. Применение правила отрезков для сплавов, обра-зующих механические смеси (а) и твердые растворы (б)