Краткие теоретические сведения. Рассмотрим диаграмму фазового равновесия, в которой из жидкости при затвердевании выпадают чистые компоненты А и В

Рассмотрим диаграмму фазового равновесия, в которой из жидкости при затвердевании выпадают чистые компоненты А и В, не образующие в твердом состоянии растворов и соединений.

В металлических системах такие случаи не наблюдаются; в действительности на базе твердых металлов всегда образуются ограниченные твердые растворы, хотя предельная растворимость может быть очень незначительной.

На рис. 1 показано изменение термодинамического потенциала в такой системе при понижении температуры от Т₁ до Т₆.

Термодинамический потенциал обозначен буквой Z с индексами А и В для соответствующих компонентов, а также l и S для жидкой и твердой фазы. Например, Z_A^l означает термодинамический потенциал металла А в жидком состоянии.

При Т₁ все сплавы находятся в жидком состоянии. Кривая Z (выпуклая к оси концентраций) характерна для непрерывной растворимости, Z_B^S > Z_B^l и Z_A^S > Z_A^l. Эти неравенства показывают, что минимум потенциала соответствует жидкому состоянию.

При Т₂ может затвердевать только компонент В; Z_B^l = Z_B^S.

Рис. 1. Изменение термодинамического потенциала в зависимости
от состава и температуры в эвтектической системе

Это равенство указывает на равновесие жидкого и твердого вещества В. Все сплавы и чистое вещество А находятся еще в жидком состоянии.

При Т₃ вещество А затвердевает (Z_A^l = Z_A^S); правее сплава D имеет место двухфазное равновесие жидкой фазы D и твердой В, о чем свидетельствует касательная Z_B^SD.

При Т₄ жидкими являются сплавы от Н до G. Правее и левее этой области – двухфазные сплавы: жидкая фаза Н + твердая А и жидкая фаза G + твердая В.

При Т₅ имеем равновесие трех фаз: жидкости Е и двух твердых А и В. При Т₆ в равновесии находятся два твердых вещества А и В. Спроектировав точки касания (D, G, E, H) на диаграмму состав – температура, получим диаграмму равновесия (рис. 1, внизу). Точки плавления компонентов на диаграмме – F, C.

Эта диаграмма характеризуется понижением температуры плавления при введении в каждый из компонентов (А или В) некоторого количества второго компонента. Кривые ликвидус пересекаются при некоторой, минимальной, температуре. Точка их пересечения называется эвтектической.

Сплавы, в которых происходит одновременная кристаллизация двух фаз (А и В в нашем случае) при постоянной и самой низкой для данной системы сплавов температуре, называются эвтектическими.

Структуру, состоящую из сочетания двух (или более для многокомпонентных систем) твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава при эвтектической температуре, называют эвтектикой.

Если кристаллы обеих фаз, составляющих эвтектику, растут одновременно, то фронт кристаллизации в течение всего времени проходит по поверхности раздела между жидкостью, с одной стороны и механической смесью двух твердых фаз, с другой. Такие эвтектики называются нормальными.

В аномальной эвтектике обе фазы тесно перемешаны, нет фронта кристаллизации. Одна из фаз выделяется в первую очередь, а затем между кристаллами первой фазы образуются кристаллы второй фазы. В случае дендритного строения оси дендритов состоят из одной фазы, входящей в эвтектику, а межосные пространства – из другой. В виде осей растет ведущая фаза, то есть фаза обладающая большей линейной скоростью роста.

В целом эвтектика кристаллизуется с большей скоростью, чем каждая из фаз, составляющих ее, при изолированном росте.