ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ С ОБРАЗОВАНИЕМ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ

Физические свойства твердых растворов как смешанных фаз являются функцией их состава. Если содержащиеся в твердом растворе компоненты смешиваются в любых соотношениях, то образу­ются твердые растворы неограниченной смешиваемости или непре­рывный ряд твердых растворов. Если же компоненты смешивают­ся лишь до определенных пределов концентрации, то такой раст­вор называется твердым раствором с ограниченной смешиваемо­стью.

Диаграмма фазовых равновесий при неограниченной раствори­мости в твердом состоянии между компонентами А и В приведена на рис. 85.

Характерной особенностью систем с твердыми растворами яв­ляется отсутствие минимумов на кривой плавления. Температура плавления смесей, образующих твердые растворы, плавно повы­шается от менее тугоплавкого компонента А к более тугоплавкому компоненту В. Верхняя кривая является ликвидусом, ниж­няя — солидусом. При кристаллизации расплавов таких смесей из них выпадают не чистые компоненты А и В, а их твердые раство­ры. Линия солидуса характеризует составы твердых растворов, на­ходящихся в равновесии с расплавом при данной температуре. Ни­же линии солидуса и выше линии ликвидуса система однофазна и представляет собой твердый или жидкий раствор. Между этими линиями в равновесии находятся две фазы: жидкая — расплав и твердая — кристаллы твердого раствора.

Кристаллизация расплава при образовании твердых растворов протекает следующим образом: из расплава состава Мпри темпе­ратуре t₁начинают выпадать кристаллы твердого раствора соста­ва D₁. При дальнейшем понижении температуры меняется состав как остаточного расплава, так и выпадающих кристаллов. При температуре t₂в равновесии будет находиться расплав состава С и твердый раствор состава D. Точки составов равновесных твер­дых растворов передвигаются вниз по линии солидуса. Кристалли­зация закончится при температуре t₃, когда вся жидкость исчезнет и останется однородный твердый раствор, состав которого совпа­дает с составом исходной смесиМ. Твердые растворы обладают способностью выравнивать свою концентрацию диффузией. Поэто­му в каждый данный момент кристаллы выпавшего твердого раст­вора однородны и имеют определенный состав.

 

 

Количественные соотношения фаз, находящихся в равновесии, определяются по правилу рычага. Количество твердой фазы про­порционально длине отрезка 1, количество жидкой фазы — длине отрезка 11.

Если компоненты системы образуют друг с другом твердые ра­створы ограниченной концентрации, то диаграмма состояния име­ет вид, приведенный на рис. 86. Область S₁ охватывает твердые растворы компонента В в компонентеА, а областьS₂ — твердые растворы компонента А в компонентеВ. Предельные концентра­ции образующихся твердых растворов определяются линиями аа₁и bb₁, показывающими изменение предельной концентрации твер­дых растворов с изменением температуры. Между областями S₁ и S₂ при температуре ниже эвтектической система представляет со­бой смесь твердых растворов. Точки аиbтак же, как и эвтектиче­ская точка Е, являются инвариантными.

В переохлажденных расплавах некоторых двухкомпонентных систем наблюдается нестабильная ликвация, когда расслоение происходит при температурах ниже температуры ликвидуса и со­лидуса (рис. 86). При температурной выдержке расплавов, путь кристаллизации которых проходит через область метастабильной ликвации, сначала происходит микрорасслоение на две фазы, за­тем кристаллизация.

Lecture № 22 ФХС.

Theme: the diagram of a condition двухкомпонентной of system with a stratification in a liquid phase (ликвацией), with polymorphic transformations of components, with education of firm solutions.

Ж

The important phenomenon observed in some силикатных systems, is the stratification in a liquid phase, that is education of liquids which are not mixing up with each other. The mixes which structures lay between points F and G, at плавлении at temperature ts give two not mixing up with each other liquids of structures F and G. In process of increase of temperature the mutual solubility of liquids grows, the structures them approach and at some temperature tk расплав becomes homogeneous. If the area of existence of not mixing up liquids is outlined, for each structure of an initial mix and each temperature the structures of liquid phases and their quantity(amount) can be found. So for a mix of structure With at temperature tc in balance there will be two расплава of structure F1 and G1. The quantity(amount) of each of them is defined(determined) by a rule of the lever by sizes of pieces конноды 1 and 11. The piece 1 is proportional to quantity(amount) расплава of structure G1, and piece to 11- quantity(amount) расплава of structure F1. The mixes stratified in a liquid phase at the moment плавления or кристаллизации at temperature ts, in balance have three phases: two liquids and crystals of a component В. Двухкомпонентная system at three phases нонвариантна. She has no degrees of freedom. Neither it is impossible to change temperature, nor structure of phases without infringement of balance. A major consequence of this rule(situation) is the constancy of temperature плавления of mixes on all site of education of not mixing up liquids. A curve плавления on this site a horizontal straight line.

 

At polymorphic transformations of components on the diagram there are additional horizontal lines, which differentiate areas of stability of separate updatings of the same substance. It is observed then, when one of components has two polymorphic updatings. Here it is necessary to distinguish a rule(situation) of points of polymorphic transformation concerning temperature эвтектики tE. If temperature of transformation lays above эвтектической, the area of stability of high-temperature updating And ' will lay above than line t1t2 (fig. 84, а). The high-temperature updating is steady only at the presence of a liquid phase and turns in низкотемпературную And " earlier, than расплавы completely harden. Therefore in

Completely закристаллизованных mixes in a conditional condition at the presence of crystals of a component In can exist only crystals And ". If the polymorphic transformation occurs below than temperature эвтектической of a point tE (fig. 84, б), on the diagram occur temperature The areas, within the limits of which both updatings And ' and A " are steady in mixes with the second component В.

 

 

THE DIAGRAM of a CONDITION ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ of SYSTEMS With EDUCATION of FIRM SOLUTIONS

The physical properties of firm solutions as mixed phases are function of their structure. If the components, contained in a firm solution, mix up in any parities(ratio), the firm solutions unlimited смешиваемости or continuous number(line) of firm solutions are formed. If the components mix up only up to the certain limits of concentration, such solution is called as a firm solution with limited смешиваемостью.The diagram phase равновесий at unlimited solubility in a firm condition between components And and In is given in a fig. 85.Characteristics of systems with firm solutions is the absence of minima on a curve плавления. Temperature плавления of mixes forming firm solutions, smoothly raises from less refractory component And to more refractory component In. The top curve is ликвидусом, bottom - солидусом. At кристаллизации расплавов of such mixes from them not pure(clean) components And and In, and their firm solutions drop out. The line солидуса characterizes structures of firm solutions which are taking place in balance with расплавом at given temperature. Below lines солидуса and are higher than a line ликвидуса system однофазна and represents a firm or liquid solution. Between these lines in balance there are two phases: liquid - расплав and firm - crystals of a firm solution. Кристаллизация расплава at education of firm solutions proceeds as follows: from расплава of structure М at temperature t1 begin to drop out crystals of a firm solution of structure D1. At the further downturn of temperature the structure both residual расплава, and dropping out crystals varies. At temperature t2 in balance will be расплав of structure With and firm solution of structure D. The points of structures of equilibrium firm solutions move downwards on a line солидуса. Кристаллизация will be finished at temperature t3, when all liquid will disappear and there will be a homogeneous firm solution, which structure coincides with structure of an initial mix of m. The firm solutions have ability to level the concentration диффузией. Therefore at each given moment the crystals of the dropped out firm solution are homogeneous and have the certain structure.

 

 

The quantitative parities(ratio) of phases which are taking place in balance, are defined(determined) by a rule of the lever. The quantity(amount) of a firm phase is proportional to length of a piece 1, quantity(amount) of a liquid phase - length of a piece 11. If the components of system form with each other firm solutions of the limited concentration, the diagram of a condition looks like, given on a fig. 86. The area S1 covers firm solutions of a component In in a component And, and area S2 - firm solutions of a component And in a component In. The limiting concentration of formed firm solutions are defined(determined) by lines аа1 and bb1, showing change of limiting concentration of firm solutions with change of temperature. Between areas S1 and S2 at temperature the system is lower эвтектической represents a mix of firm solutions. The points and both b the same as and эвтектическая a point Е, are invariant. In overcooled расплавах some двухкомпонентных of systems is observed astable ликвация, when the stratification occurs at temperatures below than temperature ликвидуса and солидуса (fig. 86). At temperature endurance расплавов, the way кристаллизации which passes through area метастабильной ликвации, at first there is a microstratification on two phases, then кристаллизация.