В сплавах с ограниченной растворимостью в твердом состоянии оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом и не образуют химических соединений.

Компоненты: А, В. Фазы: L, α, β.

В сплавах такого рода возможно существование: жидкой фазы, твердого раствора компонента В в А, который мы будем называть α-раствором, и твердого раствора компонента А в В, который обозначим через β. В этих сплавах возможно нонвариантное равновесие при одновременном сосуществовании трех фаз: L, α, β. В зависимости от того, какая реакция протекает в условиях существования трех фаз, могут быть два вида диаграмм: диаграмма с эвтектикой и диаграмма с перитектикой.

Диаграмма с эвтектикой. В этой системе не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкости могут выделяться только твердые растворы α или β. Следовательно, около вертикалей А и В (рис. 2.9), соответствующих чистым компонентам, находятся области существования твердых растворов α или β.

Рис. 2.9. Диаграмма состояния с эвтектикой

Предельная растворимость компонента В в А определяется линией DF, а предельная растворимость компонента А в В – линией CG.

Сплавы, находящиеся между этими двумя линиями, находятся за пределами растворимости и являются двухфазными, состоящими из α + β. Окончание кристаллизации происходит по эвтектической реакции:

Линия АЕВ является на этой диаграмме линией ликвидус, линия ADCB – линией солидус. Зная правило фаз и правило отрезков, можно проследить за процессом кристаллизации любого сплава.

Кристаллизация сплава I. Выше точки 1 (см. рис. 2.9) сплав находится в жидком состоянии. В точке 1 начинается процесс кристаллизации. Выделяются кристаллы твердого раствора, концентрация которого изменяется по кривой а – 2, а состав жидкости изменяется по кривой 1 – b. В точке 2 кристаллизация закончится, и полученные кристаллы твердого раствора должны иметь (для равновесной кристаллизации) концентрацию исходной жидкости. Эти кристаллы не претерпевают изменений до точки 3, лежащей на линии предельной растворимости. Ниже этой точки твердый раствор α является пересыщенным и выделяет избыточные кристаллы. Такими кристаллами являются кристаллы β-твердого раствора, что определяют с помощью правила рычага для сплава, лежащего внутри двухфазной области α + β (т.е. для сплава ниже линии DF).

Состав твердого раствора α изменяется по кривой 3 – F, вследствие выделения кристаллов β концентрации G. Количество кристаллов β при охлаждении увеличивается. Количество кристаллов β, выделившихся из сплава I, характеризуется отрезком от вертикали I до линии 3 – F (см. рис. 2.9). Кристаллы β, выделившиеся из твердого раствора, называются вторичными кристаллами и часто обозначаются символом β_II. Процесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы называется вторичной кристаллизацией в отличие от процесса первичной кристаллизации, когда кристаллы образуются в жидкой фазе.

Аналогичным образом можно описать процессы, происходящие при кристаллизации сплава II.

Выделение вторичных кристаллов из эвтектических составляющих обычно не обнаруживается при микроскопическом исследовании, так как вторичные выделения объединяются с такой же (одноименной) фазой эвтектики.

Рис. 2.10. Кривые охлаждения и схемы структур:

а – сплава I, образующего при кристаллизации твердый раствор с последующим выделением вторичной фазы; б – сплава II – доэвтектического

Несмотря на многообразие структурных составляющих, окончательно охлажденный сплав содержит только две фазы, и правило фаз, если его применить для сплавов, находящихся ниже линии DE (см. рис. 2.10), покажет все количество α- и β-фазы независимо от того, в какой структурной форме они находятся.