Диаграммы состояния двойных и тройных систем

следовательно, кривых и eJE2 определяется природой соединения М. Если оно не диссоциирует при плавлении (сравнительно редкий случай), то на поверхностях ликвидуса вдоль разреза М - С образуется складка (хребет), начинающаяся от кривых ликвидуса соединения М (см. § 14). В этом случае эвтектические кривые и е £ 2 сходятся в точке е 5 под углом и не продолжают одна другую. Значительно чаще соединение М диссоциирует в твердом и жидком состояниях, поэтому поверхности ликвидуса плавно продолжают одна другую при переходе через разрез М - С и в точке е 5на кривой Е 1е 5Е2нет перелома.

Поверхность солидуса изображается двумя плоскостями треуголь­ ников а 2т 2с 2 и b2c 3m з.отвечающими температурам tEi и (^эвтекти­ ческих равновесий Же1 ~ А + М + С и Же2 — М + В + С. Сплавы разреза М - С (см. рис. 93) заканчивают кристаллизацию при температуре (е; на горизонтали M 1C V при которой наблюдается эвтектическое рав­ новесие Же5 ^ М + С. Это равновесие такжэ является нонвариа.чтным (В = к - ф + 1 = 2 - 3 + 1 =0), поскольку сп/авы разреза М - С можно считать двухкомпонентными (см. выше).

В каждой из систем А - М - С и М - В - С между поверхностями ликвидуса и солидусаможно назвать еще по три линейчатые поверх­ ности. В частности, температурам начала кристаллизации эвтектики А + С отвечает поверхность а ^ Е ^ с (состоящая из двух частей а1е[Е[а2 и c e ^ C j), эвтектики А + М - поверхность aa2E[m2m(ae^E^a2 и me2Ejm2), эвтектики М + С - поверхность M1m2E1c2C1 (M1e'sE^m2 и CxegE'c2) и т.д. На плоскость концентрационного треугольника эти поверхности проектируются соответственно в треугольники АЕ1С,

стороны от разреза М - С, проявляется в том, что каждую из них можно изображать на отдельном концентрационном треугольнике и изучать независимо одну от другой.

2. Кристаллизация сплавов

Рассмотрим кристаллизацию нескольких сплавов из системы А - М - С (рис. 94). Поскольку сплавы разреза М - С можно рассмат­ ривать как двухкомпонентные (см. рис. 93), то анализ фазовых прев­ ращений в этих сплавах не вызывает трудностей (см. гл. 4). Например,

превращения в сплаве 1 можно записать как Ж^ _ е --------► М (первичная

<е5 кристаллизация соединения М) и Же — ►М + С (эвтектическая крис­

таллизация). При первичной кристаллизации изменяет состав (по раз-

резу м - С в направлении от точки 1 к точке е5) только жидкая фаза,

которой находится соединение М.

На кривой охлаждения (рис. 95) сплав 1 имеет две критические точки (одна из них - горизонтальная площадка при tes), а в структу­ ре - две структурные составляющие: первичные кристаллы соедине­ ния М и эвтектику М + С, доли которых измеряются соответственно отношениями отрезков 1е^М е5и 1М/Ме5.

Аналогично сплаву 1 кристаллизуются другие сплавы разреза М - С, расположенные на участке e s- С. В этих сплавах выпадают первичные кристаллы компонента С, а затем - эвтектика М + С. Сплав, отве­ чающий по составу эвтектической точке вд, первичных кристаллов не содержит и кристаллизуется сразу в эвтектику М + С, имея на кривой охлаждения всего одну критическую точку (см. рис. 95).

Же1 — *. А + М + С (кристаллизация двойной и тройной эвтектик). Сле­ дует отметить, что отрезок 2а, по которому изменяет состав жидкая фаза при первичной кристаллизации соединения М, служит продолже­ нием отрезка М2 , поскольку все коноды, изображающие равновесие Ж - М в интервале температур t 2 - ta .должны проходить через фигу­ ративные точки сплава 2 и соединения М. В отличие от сплавов разреза М - С эвтектика М + С в сплаве 2 кристаллизуется в интервале тем­ ператур ta - tejB = к - ф + 1 = 3 - 3 + 1 = 1). В момент начала ее кристаллизации фигуративная точка сплава 2 находится на малой стороне Ма первого конодного треугольника МаС, а в момент окон­

чания (при t ) - внутри послед­ него треугольника MEjC. На кривой охлаждения этот сплав имеет три критические точки (см. рис. 95), а в структуре - три структурные составляющие: первичные кристаллы соедине­ ния М, эвтектику М + С и эвтек­ тику М + А + С.

Рис. 95

Долю первичных кристаллов соединения М можно определить в момент окон­ чания первичной кристаллизации (когда жидкость принимает состав точки а на кривой е2Ег ) отношением отрезков 2а/Л/а. Отношение отрезков 2М/Ма будет харак­ теризовать долю жидкости Жа, из которой при более низких температурах выде­ ляются эвтектические составляющие М + С и А + М + С. Доля жидкости Же , из которой при температуре tg кристаллизуется эвтектика А + М + С, измеряется отношением отрезков 2m/Et rb. По разности отношений отрезков (2/7/Л/а - 2 т/Е 1т ) можно оценить долю эвтектики М + С.

Долю эвтектики М + С можно также найти по разности отношений отрезков

выше). Наконец, долю эвтектики М + С можно найти, если из единицы вычесть доли первичных кристаллов соединения М и эвтектики А + М + С, т.е. по разности [1 - - (2а/Аа + 2 т/Е 1т )].

Если фигуративная точка сплава располагается на одной из эвтек­ тических кривых, то в сплаве не будет первичных кристаллов. Крис­ таллизация такого сплава начнется с выделения соответствующей

+ М + С. На кривой охлаждения этот сплав имеет две критические точки (см. рис. 106), а в структуре - две структурные составляющие: колонии двойной А + М- и тройной А + М + С-эвтектик. Доли этих эвтектик можно определить при температуре ^ , когда закончилась

+ С) измеряется отношением отрезков Зп/Ехп, а отношение Е ^ / Е ^ характеризует долю эвтектики А + М.

Точка п на стороне концентрационного.треугольника изображает состав эвтек­ тики А + М в сплаве 3 в момент окончания ее кристаллизации (при температуре

tg ). Видно, что он отличается от состава эвтектики А + М в сплавах системы А —М (точка е2). Следовательно, при кристаллизации двойной эвтектики в тройных спла­ вах ее состав изменяется и не обязательно совпадает с составом этой же эвтектики в двойных сплавах. Точка п изображает также состав эвтектики А + М и в других сплавах, расположенных на отрезках А - 3 и 3 - М, поскольку и в них эта эвтектика начинает кристаллизоваться при температуре t3 из жидкости Ж3. Таким образом, треугольник AExn оказывается построенным на всех (трех) структурных состав­ ляющих сплавов области Ae2Ei* Отсюда долю эвтектики А + М в сплаве 4, аналогич­ ном сплаву 2 (см. выше), можно также найти с помощью отношения отрезков 4а1/а1п.

Фигуративная точка сплава 5 располагается на отрезке AEV поэто­

(эвтектическая кристаллизация). Иными словами, в этом сплаве не кристаллизуется двойная эвтектика. На кривой охлаждения сплав 5 имеет две критические точки (см. рис. 95), а в структуре - две струк­ турные составляющие: первичные кристаллы компонента и эвтектику А + М + С. Доли этих структурных составляющих можно измерить отношениями отрезков S E J E ^ и 5А/ЕХА.

Наконец, сплав, отвечающий по составу точке Ev кристаллизуется при постоянной температуре t£ (см. рис. 95) и содержит только одну структурную составляющую - эвтектику А + М + С.

Рассмотренные особенности кристаллизации характерны и для сплавов системы М - В - С .

3. Изотермические разрезы

Изотермические разрезы системы А - В - С оказываются комбини­

и соединения М равны 900,1000, 800 и 1100 °С, эвтектик ег, е,, еэ, е. и е5 - 750,800,850,700 и 650 °С и эвтектик Ег и Е2 - 550 и 500 °С.

Не останавливаясь на их построении, отметим, что характер изо­ терм поверхностей ликвидуса соединения М (кривые е2а и на рис. 96, а и б) и компонента С (кривая а3е4 на рис. 96, б) определяется природой соединения М. Если оно диссоциирует при плавлении, то эти изотермы - плавные крйвые (без точки перелома на линии разреза М ~ С). Если же соединение М не диссоциирует в твердом состоянии и при плавлении, то на изотермах ликвидуса наблюдаются точки перело­ ма. В этом случае каждая изотерма будет состоять из двух кривых (одна в треугольнике А - М - С, другая в треугольнике М - В - С ) . Вершины углов, под которыми эти кривые встречаются на разрезе М - С , будут направлены к эвтектической точке е5.

Если промежуточная фаза М имеет переменный состав, то анало­ гичные точки перелома могут наблюдаться на изотермах поверхностей солидуса и сольвуса.

4. Политермические разрезы

Поскольку рассматриваемая система А - В - С состоит из двух простых эвтектических систем А - М - С и М - В - С , тоее политер­ мические разрезы также будут комбинированными. В качестве примера построим политермический разрез тп, проходящий примерно парал­ лельно двойной системе А - В (рис. 97, а).

Этот разрез пересекает три области А е ^ е ^ Ве3Е2е4 и е2Е1е5Е2е3 первичной кристаллизации компонентов А, В и соединения М, поэтому его кривая ликвидуса состоит из трех участков т '2 ’, 2 '6 ’ и ^ п '

Рис. 97

(рис. 97, б). Кривую начала кристаллизации соединения М можно дать в двух вариантах. Если это соединение диссоциирует в твердом и жидком состояниях, то кривая 2'6' (сплошная) носит плавный характер и может не иметь точки максимума, отвечающей сплаву 4. Наоборот, если соединение М не диссоциирует в твердом состоянии и при плав­ лении, то на кривой ликвидуса 2'4'6' (пунктир) будет наблюдаться резкий максимум в точке 4'.

Сплавы участка т - 4 (треугольник А - М - С) заканчивают кристал­

реакции Ж^2 -> М + В + С. Следовательно, солидус разреза изображает­ ся двумя горизонталями т 2с и dn2, ниже которых сплавы состоят из трех фаз А + М + С и М + В + С. Что касается сплава 4 (разрез М - С), то он заканчивает кристаллизацию при температуре t6s (точ­ ка 4') по эвтектической реакции Жвв -+ М + С и в твердом состоянии содержит две фазы М + С.

Остальные промежуточные кривые между ликвидусом и солидусом представляют собой следы от сечения линейчатых поверхностей начала кристаллизации различных двойных эвтектик. В сплавах участка т - 1, расположенных в треугольнике АЕгС (см. рис. 97, а), вслед за

А + С постепенно понижается от fei до tEi, что на разрезе изображает кривая m 1 t ' (см. рис. 97, б). Аналогично эвтектика А + М кристаллизу­

ется во всех сплавах участка 1 - 3 , расположенных в треугольнике AEtM. При переходе от сплава 1 к сплаву 2 температура начала крис­ таллизации этой эвтектики повышается от tE до 12 (точка 2 ' распола­ гается на эвтектической кривой е2Е1 при температуре несколько ниже tg2, см. рис. 97, а), а при переходе от сплава 2 к сплаву 3 она понижается от f2 до tEi и т.д.

Особого внимания в рассматриваемой системе А - В - С заслужи­ вает политермический разрез М - С (см. рис. 93). С помощью этого

содержат только кристаллы соединения М и компонента С, т.е. в них не встречаются кристаллы компонентов А и В.

Важная особенность разреза М - С состоит в том, что его в отличие от других политермических разрезов можно рассматривать как двой­ ную систему эвтектического типа (см. выше). При любой температуре в любом сплаве этого разреза можно указать составы равновесных фаз и оценить их доли, чего нельзя делать на других политермических разрезах. Политермический разрез М - С является единственным в системе А - В - С, который изображает фазовые равновесия в тройных сплавах. Другими словами, по своим свойствам этот разрез не отли­ чается от диаграммы состояния двойной системы с нонвариантным эвтектическим равновесием (см. гл. 3).

чает ’’как бы” , ’’как будто” . Следовательно, квазибинарный разрез - это как бы диаграмма состояния двойной системы со всеми присущими ей свойствами. Квазибинарные разрезы часто неудачно называют псевдобинарными. Приставка ’’псевдо-” (греч.) означает ” лже-” , ’’лож­ но-” , что не подчеркивает, а, наоборот, ставит под сомнение сходство этих разрезов с диаграммами состояния двойных систем.

Эвтектическая точка е5 на разрезе М - С также имеет особенности. Температура этой точки ((б5) ниже температур плавления компонента

вают ведловинными (или перевальными).

Примерами квазибинарных разрезов в тройных системах могут служить разрезы Mg - Zn2Zr, Al - Mg2Si, Си - NiBe и др. Квазибинарные разрезы могут быть образованы одним из компонентов и тройным

соединением (например, Mg - AI2Zn3Mg3, Al - A l2CuMg и др.), а также различными соединениями (см. § 48).

Деление тройных систему конгруэнтно плавящимися соединениями на более простые, независимые одна от других системы, проводимое с помощью квазибинарных разрезов, называют сингулярной триангу­ ляцией (по Н.С.Курнакову). Квазибинарные разрезы играют большую роль в исследованиях фазовых равновесий в системах с промежу­ точными фазами и разработке новых сплавов с требуемыми свойствами.

§§ 44. Диаграммы состояния систем

снесколькими конгруэнтно плавящимися соединениями

Триангуляция системы А - В - С с двойным конгруэнтно плавящимся соеди­ нением М с помощью единственного квазибинарного разреза М - С (см. рис. 92) не вызывает трудностей. Также несложно выглядит триангуляция системы А - В - С с двумя конгруэнтно плавящимися соединениями М1 и М2, если они образуются в системе А - В (рис. 98). Эта система триангулируется с помощью двух квазибинар­

"двойных системах, например, А - В и А - С (рис. 99). В этом случае возможны два варианта триангуляции: с помощью квазибинарного разреза М2 - В (рис. 99, а) и с помощью разреза МА - С (рис. 99, б). В обоих вариантах квазибинарным является также разрез Мх - М2.

Если квазибинарным является разрез М2 - В (см. рис. 99, а), то сплавление соеди­ нения М2 с компонентом В не вызовет каких-либо реакций. Наоборот, при сплавлении соединения Mj с компонентом С пойдет реакция образования соединения М2 и ком­ понента В, т.е. М1 + С -+ М2 + В. В другом же случае (см. рис. 99, б) при сплавлении соединения М2 с компонентом В обязательно пойдет реакция образования соедине­ ния Мх и компонента С, т.е. М2 + В -* Мх + С. Сплавление же соединения Мх с компо-

Вопрос о квазибинарности разреза М2 - В или Мх - С рекомендуется решать экспериментальным исследованием фазового состава сплава х, расположенного в точке пересечения разрезов. Если после приведения в равновесное состояние в этом сплаве обнаружатся кристаллы соединения М2 и компонента В, то квазибинар-