Теперь рассмотрим охлаждение жидкого сплава, не столь богатого свинцом (точка f). По охлаждении до температуры t4(точка g) из расплава начнут выделяться кристаллы твердого раствора на основе свинца; их состав отвечает точке h. По мере выделения этих кристаллов, расплав обогащается оловом: его состав изменяется по линии АЕ, а состав выделяющихся кристаллов — по линии AD. Когда точка, отвечающая расплаву, достигает точки E,- из расплава выделяются кристаллы обоих твердых растворов; при этом состав кристаллов твердого раствора на основе свинца отвечает точке D, а состав кристаллов твердого раствора на основе олова — точке С. Ясно, что точка Е представляет собой эвтектическую точку, а выделяющаяся смесь кристаллов — эвтектическую смесь.
В области температур ниже 183.3°C растворимость свинца в олове и олова в свинце с понижением температуры уменьшается. Поэтому при дальнейшем охлаждении сплава образовавшиеся кристаллы изменяют свой состав. Состав кристаллов твердого раствора олова в свинце изменяется по кривой DF, а кристаллов твердого раствора свинца в олове — по кривой CG.
Аналогично протекает кристаллизация расплавов, богатых оловом. В этом случае кристаллизация начинается с выделения кристаллов твердого раствора на основе олова.
На основании сказанного можно заключить, что областям IV и V на диаграмме отвечает сосуществование жидкого расплава и кристаллов твердого раствора на основе свинца (область IV) или на основе олова (область V), а областям VI и VII — смеси кристаллов эвтектики с кристаллами твердого раствора на основе свинца (область VI) или твердого раствора на основе олова (область VII).
- 534 -
Рис. 152. Диаграмма состояния системы Mg-Pb.
Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения. Металлы образуют друг с другом многочисленные соединения, называемые интерметаллическими. Энтальпии образования подобных соединений обычно невелики; лишь в некоторых случаях (например, при взаимодействии алюминия с расплавленной медью) их образование сопровождается значительным экзотермическим эффектом. Многие металлы образуют по несколько соединений друг с другом, например, AuZn, Au3Zn5, Au3Zn5; Na4Sn, NaSn2.
На рис. 152 приведена диаграмма состояния системы Mg-Pb. Эта система служит простейшим примером систем, в которых образуются химические соединения: свинец образует с магнием только одно соединение Mg2Pb, а в твердом состоянии эти металлы взаимно нерастворимы.
От рассмотренных ранее диаграмм эта диаграмма отличается наличием максимума на кривой начала кристаллизации. Этот максимум (точка С) отвечает температуре плавления соединения Mg2Pb. Абсцисса точки максимума указывает состав соединения. На диаграмме имеются две эвтектики E1 и E2. Эвтектика E1 представляет собой смесь кристаллов Mg и Mg2, а эвтектика E2 кристаллов Рb и Mg2.
Таким образом, диаграмма системы с химическим соединением как бы составлена из двух диаграмм первого типа. Если компоненты системы образуют между собой два или более химических соединения, то диаграмма как бы составлена из трех, четырех и более отдельных диаграмм первого типа.
Кристаллизация сплавов в этом и в подобных случаях происходит аналогично кристаллизации сплавов, образующих диаграммы первого типа. Отличие состоит в том, что, кроме выделения кристаллов индивидуальных компонентов, происходит еще образование кристаллов соединения. По линии AE1 из расплавов при охлаждении выделяется магний, по линии E2B — свинец и по линии E1CE2 - Mg2Pb. Так, если охлаждать жидкий сплав, содержащий 40% Pb (60% Mg), то из него сначала будут выделяться кристаллы магния. Когда температура понизится до 460°C, вся оставшаяся еще жидкой часть сплава начнет затвердевать при этой температуре, образуя эвтектическую смесь мельчайших кристалликов магния и химического соединения Mg2Pb.
- 535 -
При охлаждении жидкого сплава, содержащего 75% Pb, сначала будут выделяться кристаллы Mg2Pb. Это будет происходить до тех пор, пока температура не снизится до 460°C — точки образования эвтектики. Аналогичные процессы с выделением эвтектики E2 (при 250°C) будут протекать при содержании в сплаве более 80% Pb.
Нетрудно понять, что области I на рис. 152 отвечает жидкий сплав, областям II-V - равновесия жидкого сплава и соответствующих кристаллов (в области II — кристаллы Mg, в областях III и IV — кристаллы Mg2Pb, в области V - кристаллы Рb), а областям VI—IX — твердые сплавы [Mg + эвтектика E1 (VI), Mg2Pb + эвтектика E2 (VIII), Pb + эвтектика E2 (IX)].
Мы рассмотрели наиболее простые, но в то же время важнейшие типы диаграмм состояния. Для многих систем диаграммы состояния носят значительно более сложный характер. Так, ряд металлов и сплавов испытывают превращения в твердом состоянии, переходя из одной модификации в другую. На диаграмме состояния появляются при этом кривые, разграничивающие области устойчивости этих модификаций.
Существуют методы построения диаграмм состояния тройных систем — систем, состоящих из трех компонентов.
