Правило отрезков (рычага)

В расплавленном состоянии материалы обычно полностью растворимы друг в друге. В твердом состоянии это бывает редко. Рассмотрим принципы построения диаграмм состояния компонентов с полной (неограниченной) растворимостью в твердом состоянии. Диаграмма строится по кривым охлаждения (рис.1.30) чистых металлов и сплавов различного состава. По этим кривым определяют температуры фазовых превращений (критические точки).

Рис.1.30. Кривые охлаждения и диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов

Для чистых металлов А и В, горизонтальный участок соответствует Т и обусловлен выделению скрытой теплоты кристаллизации. Проекция и дает две точки диаграммы состояния. Кристаллизация сплавов идет с понижением температуры. (Для сплава С = 1, т.е. изменение состава сопровождается изменением температуры). Для сплава - температура начала кристаллизации; - ее окончание. Ниже - существует только твердый раствор, выше - жидкий раствор (Ж). В диапазоне - существуют две фазы + Ж. Проекции и на ось соответствующую составу сплава дают две точки диаграммы состояния. Аналогично для других составов. Кривая, построенная по точкам начала кристаллизации называется линией ликвидуса. Семейство критических точек соответствующих температуре окончания кристаллизации образуют линию солидус.

По диаграмме состояния можно дать количественную оценку состава любой фазы при любой температуре. Для этого используется правило - состава (концентрации): состав жидкой фазы при температуре определяется проекцией точки пересечения с линией ликвидус на ось концентраций (Ж ); состав твердой фазы при - проекцией точки пересечения с линией солидус ( ). Т.е. необходимо провести линию параллельную оси концентрации из точки (отрезок называется конадой).

Соотношение фаз при кристаллизации устанавливается с помощью правила отрезков (рычага): массовые (объемные) соотношения жидкой и твердой фаз пропорциональны длине отрезков, примыкающих к линиям L-ус и S-ус. Т.е. содержание твердой и жидкой фаз будут равны соответственно: ; Ж .

Приведенная диаграмма состояния является равновесной (очень медленное охлаждение) и кристалл будет однороден по составу. При высоких скоростях охлаждения кристаллы будут иметь различный состав, и линия солидус лежит ниже.