Гоувпо «воронежская государственная технологическая академия» Ю. П. Земсков, Л. Б. Лихачева

Комплексная диаграмма состояний.
Пример такой диаграммы изображен на рис. 8. В жидком состоянии компоненты А и В неограниченно растворимы друг в друге. Разбор следует начать с превращений, которые имеют компоненты, образующие систему. Компонент А кристаллизуется при температуре t₁, при температурах t₂ ,t₃, t₄ он имеет полиморфные превращения. Компонент В растворяется в компоненте А, образуя твердые растворы ά, β, γ.

Рис. 8. Комплексная диаграмма состояния

Компонент В кристаллизуется при температуре t₅. Полиморфные превращения в нем происходят при температурах t₆ и t₇. Компонент А растворяется в компоненте В с образованием твердых растворов μ и φ.

Максимум на диаграмме состояний при температуре t₈ указывает на образование σ- твердого раствора на базе соединения А_kВ_s. Линии 8f и 8а^´₁ показывают на то, что фаза σ существует в интервале концентраций f а^´₁. Затем необходимо определить фазы, которые могут быть образованы в результате перитектической и перитектоидной реакций. В результате перитектических реакций происходит образование следующих фаз:

на линии вdp ά_в + Ж_р δ_d

на линии в₁d₁ p₁ σ_в1 + Ж_р1 (А_mВ_n)d₁
на линии в₂d₂ p₂ μ_d2+ Ж_р1 φ d_2.

Как только будут определены однофазные состояния, следует заполнить двухфазные области, пользуясь правилом отрезков. Для этого, например, для сплав I при температуре t₉ провести горизонталь до ближайших линий этой двухфазной области. Точки пересечения коноды с ближайшими линиями диаграммы состояния К и m указывают на то, что в данной двухфазной области будут фазы ά и Ж. Согласно правилу концентраций определяем концентрации этих фаз. Для этого точки К и m следует спроектировать на линию концентраций. Концентрация ά-фазы соответствует точке К^´. Это значит, что в ней количество компонента В определяется отрезком Ак^´, а количество компонента А – отрезком к^´В. В жидкости компонента В больше, чем в ά-фазе и его количество определяется отрезком к^´В. Количество компонента А в жидкости определяется отрезком m^´В^.. Для построения структурной диаграммы следует учесть в ней эвтектические, эвтектоидные превращения и переменную растворимость в твердом состоянии.

На линиях аес и а₁е₁с₁ происходят эвтектические превращения. В первом случае жидкость распадается с образованием эвтектики Э₁, состоящей из δ и А_mВ_n. Во втором – жидкость кристаллизуется в Э₂, состоящую из σ и φ. Твердый раствор φ на линии эвтектоидного превращения а₂е₂с₂ распадается с образованием эвтектоида Э₃, состоящего из σ и В₂. Так как в состав Э₂ входит твердый раствор φ , он на линии эвтектоидного превращения а₂е₂с₂ перейдет в Э₃. При температурах ниже эвтектоидной, эвтектика превращенная Э^пр₂, будет состоять из σ и Э₃.
При концентрации ее₁е₂ сплавы будут состоять полностью из Э₁,Э^пр₂,Э₃. В заэвтектических сплавах, ранее эвтектики Э₁ кристаллизуются из жидкости крупные избыточные кристаллы твердого раствора δ, и химического соединения А_mВ_n. В доэвтектических сплавах концентрации а₁е₁ до эвтектики Э₂ кристаллизуются крупные кристаллы σ₁, а в заэвтектических сплавах е₁с₁ – твердого раствора φ.
Рассматривая линии переменной растворимости, линия вn указывает на переменную растворимость компонента В в твердом растворе ά. При температуре t₁₀ растворимость компонента В определяется отрезком Ав´, а при температуре t₀ отрезком An. В результате из ά-раствора выпадают мелкие кристаллы δ-фазы δ_II.
В сплавах концентрации в´d^´(сплав I) из ά-раствора также выделяются вторичные кристаллы δ_II. В этой области будут присутствовать три структурные составляющие. Крупные первичные кристаллы ά кристаллизуются из жидкости в интервале температур 9-10. На линии перитектического превращения вdp образуются крупные кристаллы δ. В интервале температур 10-11 из ά твердого раствора выделяются вторичные кристаллы δ_II.
По линии С₁е₂ по аналогии из твердого раствора φ кристаллизуются вторичные кристаллы σ_II. В заэвтектических сплавах е₁С₁ из крупных избыточных кристаллов φ также будут выделяться кристаллы σ_II. Заполнение диаграммы ниже температуры эвтектоидного превращения t₁₁ в сплавах концентрации а^´₁В производится с учетом эвтектоидного превращения – распада твердого раствора φ в эвтектоид Э₃. Эвтектика Э₂, состоящая из σ + φ, перейдет в Э^пр₂, представляющую собой смесь (σ и Э₃). В связи с этим сплавы концентрации а^´₁е^´₁ состоят из σ _I+Э^пр₂, сплавы концентрации е^´₁ с^´₁ – из Э₃+Э^пр₂+σ_II; сплавы концентрации С´₁е^´₂ – из Э₃+σ_II и сплавы концентрации е^´₂в – из В+ Э₃.
Построение кривой охлаждения для сплава I проводится в координатах температура – время. Пересечение сплава I с наклонной линией t₁р на диаграмме в точке 9 указывает начало кристаллизации ά-фазы. Выделяющееся тепло кристаллизации понизит темп охлаждения. На кривой охлаждения появится перегиб. Перитектическое превращение на линии вdp (точка 10) происходит при постоянной температуре С = 2 – 3 + 1 = 0. На кривой охлаждения это будет площадка 10 -10^´, величина которой определяется треугольником Таммана.
Для построения схемы кристаллизации сплава следует сделать условные обозначения фаз и структурных составляющих. Например, в сплаве I кристаллы ά – светлые, а δ – темные.
Вторичные кристаллы δ_II более мелкие, чем кристаллы δ. Для определения концентрации фаз в сплаве I при температуре t₉ проводим коноду до ближайших линий диаграммы состояния и получаем точки km. Проекции этих точек k^´m^´ показывают концентрации ά-фазы и жидкости.
Фаза ά содержит в процентах Ак^´ компонента В и к^´В компонента А. В жидкости количество компонента А соответствует отрезку m^´B, а компонента В – отрезку Аm^´. Количество жидкой и ά – фаз при данной температуре t₉ определяется соотношениями


Q_а = , Q_ж= .