Диаграмма состояния показывает изменение состояния сплавов в зависимости от температуры (P = const) и концентрации.
Если в системе имеется два компонента, то диаграмма будет иметь два измерения: первое - температурная шкала, второе - концентрация сплава.
Каждая точка на оси абсцисс соответствует определённому содержанию каждого компонента. Общее содержание компонентов в сплаве - 100%.
Крайние ординаты на диаграмме соответствуют чистым компонентам, а ординаты между ними - двойным сплавам.
Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Каждая вертикаль соответствует изменению температуры определенного сплава. Изменение фазового состояния сплава отмечается на диаграмме точкой.
Линии, соединяющие точки аналогичных превращений, разграничивают на диаграмме области аналогичных фазовых состояний.
Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют оба компонента друг с другом в твердом и жидком состоянии, то есть, растворимы ли они в жидком и твердом состоянии, образуют ли химические соединения и так далее.
Обычно диаграммы состояния строят, экспериментально используя термический анализ, то есть строят кривые охлаждения и по остановкам и перегибам на этих кривых, вызванным тепловым эффектом превращений, определяют температуры превращений. Эти температуры называют критическими точками.
Температуру металлов измеряют обычно при помощи термопары.
Имея достаточное количество сплавов, и определив в каждом сплаве температуры превращений, можно построить диаграмму состояния.
Рисунок 3. Построение кривых охлаждения
Диаграмма состояния показывает, какую структуру будет иметь медленно охлажденный сплав при любой температуре.
Типы диаграмм состояния
Зависят от взаимодействия компонентов в жидком и твердом состояниях. Если система однокомпонентная, например чистый металл, то диаграмма состояния будет иметь одну ось ординат - шкалу температур. На ней будет нанесена одна точка, соответствующая равновесной температуре перехода из жидкого в твердое агрегатное состояние (и наоборот, из твердого - в жидкое) чистого металла Тп. Эта равновесная температура плавления определяется на кривой его охлаждения.
Состояние двойной системы определяется тремя независимыми параметрами - Т, р и содержанием х одного из компонентов, поэтому диаграмма состояния такой системы трехмерна. Обычно принимают постоянными Т или р и рассматривают соответствующие плоские сечения диаграммы состояния, называемые соотв. изотермическими (р — х)или изобарными (Т — х) диаграммами состояния. В конденсированных. системах роль давления сравнительно невелика и в качестве параметров состояния обычно выбирают Т и состав (концентрацию одного из компонентов).
Диаграммы состояния двойных систем могут быть выведены теоретически. Линии ликвидуса и солидуса могут быть описаны математическими уравнениями, устанавливающими зависимость температуры от состава и величин физических констант.
Диаграмма состояния двух-компонентной системы с неограниченной растворимостью В к А в твердом и жидком состояниях.
Диаграмма состояния двойной системы эвтектического типа с переменной растворимостью. L, α и β - области существования жидкой фазы (расплав) и твердых растворов В в А и А в В соотв.; (L + α) и (L + β) - области сосуществования жидкой фазы и твердых растворов α и β соотв.; (α + β) - область сосуществования двух твердых растворов. ТАЕТВ и ТАMENТВ - линии ликвидуса и солидуса соотв., E - эвтектическая точка.
Состояния тройных систем однозначно определяются четырьмя независимыми параметрами: Т, р и молярными (массовыми) долями двух компонентов (доля третьего компонента определяется из условия равенства единице суммы долей всех компонентов). Поэтому при построении диаграмм состояния тройных систем один из независимых параметров (р или Т) или два (р и T) фиксируют и рассматривают пространственные изобарные или изотермические диаграммы или плоские изобарно-изотермические диаграммы, соответствующие одному из сечений пространственной диаграммы состояния. Каждому составу тройной смеси отвечает определенная точка на плоскости составов. Область возможных составов тройных систем наз. композиционным треугольником или треугольником составов.