4.2.4. Диаграмма состояния с ограниченной растворимостью в твердом состоянии перитектического типа

Поле β – однофазная область существования твердого раствора на основе компонента В (компонент А растворяется в кристаллической решетке компонента В ) ( Ф=1 и С=2 ). Эта область ограничивается кривой солидус Т_ВN и кривой ограниченной растворимости ND. Проекция точки N на ось концентраций указывает состав твердого раствора β _N с максимальной растворимостью компонента А в В.

В двухфазных областях ( Ф=2 и С=1 ), состав сосуществующих равновесных фаз зависит от температуры равновесия и определяется по коннодам:

· поле (L+α ) – двухфазная область равновесного сосуществования жидких растворов, составы которых лежат на линии ликвидус Т_АР и твердых растворов, лежащих на линии солидус Т_АМ ;

· поле (L+β ) – двухфазная область равновесного сосуществования жидких растворов, составы которых лежат на линии ликвидус Т_ВР и твердых растворов, лежащих на линии солидус Т_В N;

· поле (α +β ) – двухфазная область равновесного сосуществования двух твердых растворов. Линии ограниченной растворимости MF и ND дают составы насыщенных твердых растворов α и β соответственно, находящихся в равновесии друг с другом.

Все три двухфазные области соединяются на линии перитектики Р N .

Линию перитектики можно представить как совокупность трех коннод соответствующих двухфазных областей. Поэтому пересечение ветвей ликвидус Т_АР и Т_ВР на линии перитектики в точке Р определяет состав перитектического жидкого раствора L_Р.

Точка Р называется перитектической или перитектикой. Пересечение линии перитектики с кривыми солидус указывают составы соответствующих перитектических твердых растворов: точка М определяет перитектические кристаллы α _M и точка N - перитектические кристаллы β _{N .}

Линия перитектики является трехфазной ( L_Р , α _M, β _N) и нонвариантной ( Ф=3 и С=0 ). Все фигуративные точки на этой горизонтали находятся при одинаковой температуре Т_Р, которая называется перитектической и имеют фиксированный состав равновесных фаз, отмеченных точками Р (L_Р) , М (α _M) и N (β _N) .

Фазовое равновесие перитектики – это взаимодействие жидкости L_Р с ранее выпавшими первичными кристаллами и образовании новой кристаллической фазы другого твердого раствора. при постоянной температуре перитектики:

Фазовые превращения в системах с ограниченной растворимостью перитектического типа

Рассмотрим процесс кристаллизации некоторых характерных расплавов данной системы и соответствующие им кривые охлаждения (рис. 4. 5а, б).

Расплав 1 находясь в области жидких растворов, является однофазным ( Ф=1, С=2 ). Его кристаллизация начинается в точке k с выпадения кристаллов твердого раствора β , состав которых отвечает точке t. Система при фазовом переходе L→ β становится двухфазной ( Ф=2, С=1 ) и на кривой охлаждения возникает изгиб, вследствие выделения теплоты кристаллизации, уменьшение температуры замедляется. Далее температура понижается с изменением состава равновесных фаз по линиям ликвидуса kР и солидуса tN.

При температуре перитектики Т_P происходит нонвариантное перитектическое превращение: L_р+β _N→ α _M ( Ф=3, С=0 ). Перитектическая жидкость (состава, отвечающего точке Р ) и кристаллы твердого раствора β _N (состава N ) образуют новую фазу кристаллов твердого раствора α _M (состава М ). До исчезновения одной из фаз температура и состав фаз остаются постоянными. Этому превращению соответствует горизонтальный участок на кривой охлаждения.

После израсходования перитектической жидкости в системе остается механическая смесь двух кристаллических фаз твердых растворов α _M и β _N ( Ф=2, С=1 ). Температура на кривой охлаждения снова плавно понижается. Это приводит к уменьшению растворимости компонентов А и В в соответствующих твердых растворах. Состав кристаллов в двухфазной области ( α ↔ β ) изменяется по линиям ограниченной растворимости MF и ND .

Расплав 2 начинает кристаллизоваться в точке а, лежащей на кривой ликвидуса Т_BР так же с выпадения кристаллов твердого раствора β, состав которых соответствует точке b. Кристаллизация L→ β в двухфазной области происходит до тех пор пока температура не станет равной Т_Р, а состав фаз не достигнет перитектического.

При температуре Т_р в системе начнется трехфазное нонвариантное превращение: L_Р + β _N → α _M ( Ф=3, С=0 ) (на кривой охлаждения появляется горизонтальный участок).

В этой системе перитектическое превращение завершается израсходованием кристаллов β _N, отвечающих точке N, а кристаллизация пока не заканчивается.

При дальнейшем охлаждении двухфазной системы ( L+α ) из оставшейся жидкости выпадают кристаллы твердого раствора L→ α , на кривой охлаждения идет плавное понижение температуры.

В точке q кристаллизация сплава 2 заканчивается, исчезают последние капли жидкого раствора, определяемого точкой h на кривой ликвидуса Т_АР . Этой температуре соответствует излом кривой охлаждения. Система снова становится однофазной, состоит только из кристаллов твердого раствора α ( Ф=1, С=2 ), которые охлаждаются без изменений до точки d.

При температуре, отвечающей точке d, которая находится на линии ограниченной растворимости, твердый раствор α становится насыщенным компонентом В и из него выделяется вторая фаза кристаллов твердого раствора β . Состав этих кристаллов определяется точкой f конноды df . На кривой охлаждения снова появляется небольшой излом, за счет теплоты полиморфного превращения.

Далее система представляет собой механическую смесь двух кристаллических фаз: α +β ( Ф=2, С=1 ). При понижении температуры растворимость падает, состав кристаллов твердых растворов в двухфазной области ( α ↔ β ) изменяется по линиям ограниченной растворимости MF и ND .

Остальные характерные кривые охлаждения этой диаграммы подробно рассматривались в предыдущих разделах.