Применение сплавов для производства хозяйственных товаров обусловлено возможностью в широких пределах изменять их свойства. Сплавы классифицируют следующим образом:
· химические соединения: оба компонента теряют свою кристаллическую решётку, и у сплава образуется новая решётка;
· твёрдые растворы: один из компонентов сохраняет кристаллическую решётку, а другие её теряют;
· смеси (механические): оба компонента сохраняют кристаллическую решётку и свойства.
Сплавы имеют более сложную структуру, чем простые металлы. В связи с этим процессы кристаллизации сплавов протекают значительно сложнее, чем у металлов. На рис. 9 приводится кривая охлаждения сплава с неограниченной растворимостью компонентов в твердом и жидком состояниях. Системы такого типа обычно образуются близкими по своей природе компонентами: имеют подобную кристаллическую структуру, приблизительно одинаковые атомные радиусы, заряды и валентность.
При охлаждении этого расплава до температуры T 1 начинается кристаллизация твердого раствора. На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации Q. На участке T 1 – Т2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре: сплав состоит из жидкого раствора и твердых кристаллов. Концентрации компонентов в обеих фазах изменяются, поэтому на кривых охлаждения отсутствуют остановки. При достижении температуры соответствующей точке Т2, кристаллизации заканчивается и сплав затвердевает. При дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора. Кривая имеет две критические точки.
Другой тип кривых охлаждения наблюдается при кристаллизация сплава компонентов А и В, нерастворимых друг в друге в твердом состоянии, но неограниченно растворимых в жидком состоянии (рис. 10).
При температуре Т1 происходит образование кристаллов компонента А, который является избыточным. При этом процесс охлаждения замедляется. При температуре Т2 концентрация компонента В настолько увеличивается, что расплав находится в равновесии одновременно с кристаллами компонентов А и В. Расплав такого состава затвердевает целиком без изменения состава при неизменной температуре, подобно чистому компоненту. Ниже Т2 жидкость полностью исчезает и существует лишь смесь из двух твердых фаз А и В. Под микроскопом в полностью затвердевшем сплаве можно увидеть относительно крупные кристаллы А, которые выделились из расплава во время его охлаждения от Т1 до Т2. Они находятся в массе, представляющей собой тесную смесь мелких кристалликов А и В, которая образовалась при окончательном затвердевании расплава при Т2. Такая смесь называется эвтектикой. Она не является фазой, а есть механическая смесь двух фаз. Температура кристаллизации Т2 сплава данной пары компонентов является физической константой.
Таким образом, любое фазовое превращение сопровождается тепловым эффектом, в результате чего скорость охлаждения изменяется и на кривых "температура-время" появляются изломы или горизонтальные участки. Очевидно, вид кривой охлаждения позволяет судить о внутренней структуре сплавов, об образовании соединений между компонентами и их составе, об образовании смешанных кристаллов и других особенностях внутреннего строения сплавов. Поведение системы в области ФП1 оказывается чувствительным к небольшим внешним воздействиям: примесям, слабым полям и т. д.
На чувствительности кривой охлаждения к составу системы основаны специальные калибраторы термометров для высоких температур. Так как температура застывания чистого вещества, например, олова, стабильна, достаточно расплавить и ждать, пока расплав не начнёт кристаллизоваться. В это время, при условии хорошей теплоизоляции, температура застывающего слитка не меняется и в точности совпадает с эталонной температурой, указанной в справочниках.