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

Компоненты: химические элементы А, В {К= 2).

Фазы: жидкость Ж, твердые растворы α (раствор компонента А в В) и β (раствор компонента В в А) (Ф = 3).

Этот тип диаграмм очень важен в практическом отношении, так как часто представлен в составе сложных диаграмм широко распространенных промышленных сплавов, например сплавов си тем Fe-C, Al-Cu и др.

В рассматриваемой системе ограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии может не меняться с изменением температуры, а может и меняться. Оба рассматриваемых случая представлены на рис, 5.4 (соответственно линии EN и DF ). В итоге имеем диаграмму состояния с двусторонней ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.    На этой диаграмме линия GC H - линия ликвидус, выше которой все сплавы имеют однородный жидкий раствор. Линия GEDH линия солидус, ниже которой в сплавах отсутствует жидкая фаза.

В рассматриваемой системе компоненты. А и. В не могут при затвердевании образовывать собственных кристаллов, так как о между собой образуют твердые растворы а и в тех областях диаграммы, которые расположены соответственно слева от вертикали EN и справа от линии DF . В этих областях все сплавы кристалли­зуются в интервале между ликвидусом и солидусом, так же, как процесс проходит в любом сплаве на диаграммах состояния II рода

(см, разд. 5.2). Соответственно в области, лежащей слева от линии EN , при кристаллизации из жидкости начинают выделять­ся кристаллы твердого раствора α (например, для сплава I в точке l). В интервале кристаллизации сплавы имеют двухфазную структу­ру Ж + а. После завершения кристаллизации и вплоть до оконча­тельного охлаждения все эти сплавы имеют структуру однородно­го твердого раствора α. Аналогичная ситуация имеет место у всех сплавов, расположенных правее точки F , с той лишь разницей, что вместо α-твердого раствора у них выделяются кристаллы β-твордого раствора.

Рис. 4 Диаграмма состояния, кривые охлаждения и схемы образования структур сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектическим превращением.

У сплавов, расположенных в интервале между точкой F и про­екцией точки D , первичная кристаллизация в интервале между ликвидусом и солидусом протекает аналогично ранее описанной.  При этом эти сплавы после завершения кристаллизации вплоть пересечения с линией DF имеют однородную структуру β-твердого раствора (например, сплав IV в интервале между точками 2 и 3). При дальнейшем охлаждении этих сплавов (например, сплава IV ниже точки 3) вплоть до полного охлаждения в структуре этих сплавов происходят изменения, связанные с выделением из β - твердого раствора второй фазы α _II (например, у сплава IV ). Причиной  появления второй фазы α _II  является уменьшение предела растворимости β- твердого раствора при снижении температуры сплава. На это указывает наклонный характер кривой DF . При понижении температуры твердый раствор β становится пересыщенным компонентом А, и для приведения системы в равновесие из этого твердого раствора β выделяется избыток растворенного компонента А. Но так как в рассматриваемой системе чистые компоненты не могут существовать как самостоятельные фазы (они должны образовывать твердые растворы), то на базе избыточных кристалл компонента А образуется сразу же α-твердый раствор, кристаллы  которого и выделяются из β-твердого раствора и располагаются в виде мелкодисперсных включений внутри зерен основной фазы ( рис. 4). Такие избыточные кристаллы, выделяющиеся не  из жидкости, а из твердой фазы, обозначаются α _II (вторичные а кристаллы), а сам процесс выделения новой фазы в твердом состоянии называется вторичной кристаллизацией.

Точки Е и N характеризуют предельную растворимость компонента В в компоненте А, т. е. предельную растворимость  α- твердого раствора при эвтектической и комнатной температурах, а  точки D и F - предельную растворимость компонента А в компоненте В, т. е. предельную растворимость β-твердого раствора также при эвтектической и комнатной температурах.

Как видно, предельная растворимость α-твердого раствора изменяется с понижением температуры (линия EN - вертикальная), а предельная растворимость β-твердого раствора с понижением температуры уменьшается (линия DF - наклонная). Точки Е и D являются границами линии ED , в пределах которой протекает эвтектическое превращение, а точка С - эвтектической точкой. Следовательно, во всех сплавах, расположенных в пределах границ эвтектической линии, будет проходить эвтектическое превращение, аналогичное тому, которое имеет место диаграммах состояния I рода (см. разд. 5.2) с той лишь разницей, что в данном случае эвтектика состоит не из механической смеси  компонентов А и В, а из механической смеси их твердых растворов α и β. В данном случае эти твердые растворы как бы являются компонентами сплавов для той части диаграммы, которая ограничена длиной эвтектической линии. Соответственно, эвтектика в этом случае будет иметь вид: Э (α+β), а эвтектическая реакция может быть записана так: Ж → α_E+β_D. Сплав с концентрацией компонентой А и В. соответствующей проекции точки С, т.е. сплав состава точки С, называется эвтектическим.

     Все сплавы, расположенные между точками С и Е, называются доэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов α-твердого раствора (например, сплава II в точке l). В интервале кристаллизации (например, между точками 1 и 2) у этих сплавов будет двухфазная структура Ж +α. Ha ли­нии ЕС (например, в точке 2) в доэвтектических сплавах будет проходить эвтектическая реакция у той части жидкости Ж, кото­рая еще осталась в сплаве на этот момент (ее количество можно определить по правилу отрезков). Поэтому для доэвтектических сплавов правомерно будет записать эвтектическую реакцию в сле­дующем виде: α + Ж →α + Э(α + β). Они после окончательного охлаждения будут иметь структуру α + Э(а+β). Все сплавы, расположенные между точками С и D , называют­ся заэвтектическими. Их кристаллизация будет начинаться с выделения кристаллов α -твердого раствора (например, у сплава III в точке l). В интервале кристаллизации (например, у сплава III между точками 1 и 2) эти сплавы имеют двухфазную структу­ру Ж + β. На линии CD у заэвтектических сплавов будет прохо­дить эвтектическая реакция, подобная реакция доэвтектических сплавов, т. е. β + Ж → β + Э(α + β). Но при дальнейшем охлажде­нии заэвтектических сплавов в их структуре будут проходить по­следующие превращения, которых не было в доэвтектических спла­вах. Причиной этих превращений является наклонный характер линии DF . Как уже было показано рапсе, при наклонном характере кривой растворимости компонента А в компоненте В (линия DF ) с понижением температуры предельная растворимость А в В стано­вится меньше того количества А, которое в данный момент присут­ствует в сплаве. Поэтому из твердого раствора β будет выделяться α _II. .Следовательно, все заэвтектические сплавы ниже температуры эвтектического превращения (например, сплав III ниже точки 2) будут иметь следующую структуру: β + Э (α + β) + α _II .  Эта структу­ра содержит три структурных составляющих: β, Э(α+β) и α _II , но при этом структура является двухфазной: α-фаза и β-фаза.

5.3.5. Охарактеризуйте диаграмму состояния сплавов, образующих химические соединения (диаграмма IV рода).

   Исходные данные: оба компонента неограниченно рас­творимы в жидком состоянии, нерастворимы в твердом состоя­нии, но образуют химические соединения.

К о м п о н е н т ы: химические элементы А и В (К= 2).

Фазы: жидкость Ж, кристаллы компонентой А, В или хи­мического соединения А _n В _m , (Ф = 3).

       Химическое соединение может быть устойчивым, т. е. до  рас­плавления сплава не разлагаться при нагреве, соответственно не­устойчивое химическое соединение при нагреве разлагается.

Рассмотрим диаграмму состояния с устойчивым химическим соединени­ем. Такая диаграмма изображена на рис. 5..

                                            А                → % В                          В

Рис. 5. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением.

Примером диаграмм этого типа яв­ляется диаграмма состояния сплавов системы Mg—Ca.                                          

Химическое; соединение (например, А_nВ_m )  характеризуется определенным соотношением компонентов (например,  п % компонента А и т % компонента В). На оси кон­центрации компонентов (ось абсцисс) химическое соединение обо­значает точку, из которой выходит вертикальная линия, фактиче­ски разбивающая диаграмму на две простые диаграммы, в которых химическое соединение выступает уже в качестве самостоятель­ного компонента и, соответственно, образует эвтектики с компо­нентом  А по реакции  Ж → А + А_nВ_m  (I простая диаграмма) и с компонентом В по реакции Ж → В + А_nВ_m  (II простая диаграмма).

Кристаллизация сплавов в пределах I и II простых диаграмм проходит аналогично кристаллизации сплавов, образующих эв­тектику из чистых компонентов (диаграмма I рода). Поэтому после окончательного остывания у эвтектического сплава на I простой диаграмме структура будет состоять только из эвтектики Э(А + А_nВ_m), у эвтектического сплава на II простой диаграмме - из эвтектики Э (В + А_nВ_m);  у доэвтектических  сплавов соответст­венно на I простой диаграмме и на II простой диаграмме структу­ра будет иметь вид: A + Э(А + А_nВ_m) и А_nВ_m + Э(В + А_nВ_m); у заэв­тектических сплавов на I  простой диаграмме - А_nВ_m  + Э(А + А_nВ_m ) и у заэвтектических сплавов на II простой диаграмме - В + Э(В + А_nВ_m ).