§ 13. Диаграммы состояния двойных систем с превращением в твердых фазах

В рассмотренных ранее случаях обсуждались процессы, связанные с превращениями жидкой фазы. Очень часто в сплавах происходят процессы, связанные с превращениями в твердых фазах. Простейший случай подобных превращений - изменение растворимости в твердом состоянии. Если растворимость компонентов в твердом состоянии не меняется при изменении температуры, то линии, ограничивающие область твердых растворов, вертикальны (см. рис. 16, 18, 19, а и б). Однако в действительности растворимость в той или иной степени меняется с температурой. Так, сплав b (рис. 21, а) будет α-твердым раствором сразу после кристаллизации и до температуры t₀. При температуре ниже t₀ из него начнут выпадать кристаллы β-твердого раствора, состав которого при t₀ равен с. При понижении температуры состояние β-раствора начнет меняться по кривой c'd, а количество будет определяться правилом рычага. После полного охлаждения сплав b станет двухфазным. В нем количество α-фазы будет составлять bd/ad, количество β-фазы - ab/ad.

Рис. 21. Диаграммы состояния двойных систем с превращениями в твердых фазах

Процессы выделения вторичных кристаллов из твердого раствора протекают относительно медленно, так как связаны с необходимостью диффузионного перераспределения атомов и образования межфазной границы. Поэтому в некоторых случаях возможно сохранение высокотемпературного состояния сплава при низких температурах за счет быстрого его охлаждения. Это явление называется закалкой.

Превращения в твердом состоянии наблюдаются в сплавах так же, если один из компонентов обладает полиморфизмом. На рис. 21, б - г изображены некоторые подобные случаи. На рис. 21, б изображен случай, когда высокотемпературная модификация компонента А образует с компонентом В неограниченные твердые растворы. В области at₀b существуют два твердых раствора: β - на основе высокотемпературной модификации компонента А и α - на основе его низкотемпературной модификации. Состояние α-кристаллов определяется кривой t₀а, состояние β-кристаллов - кривой t₀b, а их соотношение - правилом рычага. Ниже линии t₀a сплавы имеют однофазную структуру α-твердого раствора.

В том случае, когда растворимость компонента В в обеих модификациях компонента А ограничена, диаграмма может иметь вид, представленный на рис.21, б и г. Здесь α-твердый раствор компонента В - в низкотемпературной модификации, β-твердый раствор - в высокотемпературной модификации компонента А, β-твердый раствор компонента А - в компоненте В. В диаграмме, изображенной на рис. 21, в по линии СЕ₁D происходит нонвариантный распад β-твердого раствора с одновременным выделением α- и γ-твердых растворов. Это превращение напоминает эвтектическое, однако в данном случае распадается не жидкость, а твердый раствор. Подобное превращение называется эвтектоидным, а смесь полученных кристаллов носит название эвтектоида. В системе, изображенной на рис. 21, г, также наблюдается нонвариантное превращение в твердом состоянии. На линии CPD происходит взаимодействие кристаллов β с кристаллами γ, в результате чего образуются кристаллы α. Это превращение напоминающее перитектическое, называется перитектоидным.