Кроме рассмотренного эвтектического равновесия между жидкостью и двумя твёрдыми фазами ж-? + ?, в двойной системе возможно другое трехфазное равновесие вида ж + ?-?, называемое перитектическим. Перитектика (от греч. – плавлю, расплавляю) – «жидкий раствор, который может находиться при данном давлении в равновесии с двумя или более твёрдыми фазами, одни из которых при отнятии от системы теплоты растворяются, другие – выделяются. Число твёрдых фаз равно числу компонентов системы, в соответствии с чем различают двойную перитектику, тройную и т. д.». «Перитектикой также нередко называют точку, в которой пересекаются линии температур начала кристаллизации двух твёрдых фаз в равновесии с жидкостью перитектического состава».
|
Рис. 26. Диаграмма состояния перитектиче-ского типа. К кристаллизации сплавов 1, 2 и 3 |
Диаграмма состояния перитектического типа приведена на рис. 26. Линия А'рВ' cooтветствует линии ликвидуса, а линия А'аbВ' – линии солидуса. В результате перитектического превращения при взаимодействии жидкости и одного из ранее выделившегося твёрдого раствора образуются кристаллы другого твёрдого раствора. Этим перитектическое превращение отличается от эвтектического, где из жидкой фазы одновременно кристаллизуются две твёрдые.
Перитектическому превращению, как и эвтектическому, на диаграмме состояния отвечают три точки: а, b и р. Точку р называют перитектической, а температуру, при которой протекает трёхфазное превращение, – перитектической. Нетрудно увидеть, что на перитектической диаграмме состояния, так же как и на эвтектической, имеются семь областей: ж, ?, ?, ж + ?, ж + ?, ? + ? и горизонталь при температуре перитектики, на которой в равновесии находятся фазы: ?, ? и жидкость.
Проследим механизм перитектического превращения на примере кристаллизации трёх сплавов, ординаты которых на рис. 26 обозначены цифрами 1, 2 и 3. Кристаллизация сплава 1 начинается при температуре Т1 выделением кристаллов ?-твёрдого раствора. Этот процесс продолжается до перитектической температуры Тр. Заметим, что точка р является точкой пересечения кривых ликвидуса ? и ?-твёрдых растворов. Следовательно, жидкость оказывается насыщенной ?-кристаллами. Поэтому из жидкости начинают выделяться ?-кристаллы. Процесс выделения ?-кристаллов прекращается. В противном случае это привело бы в результате вызываемого им обеднения жидкости компонентом А к смещению точки р вправо, т. е. в область ее ненасыщенного состояния. Таким образом, выделение из жидкости ?-кристаллов может происходить только при одновременном превращении ранее выделившихся ?-кристаллов, т. е. в результате перитектической реакции ж + ?-?. Когда израсходуется вся жидкость, реакция закончится, и сплав будет состоять их двух фаз: ?-твёрдого раствора и оставшихся непревращёнными ?-кристаллов. Дальнейшие превращения в сплаве произойдут, как рассмотрено ранее для сплава 2 на рис. 24.
При кристаллизации сплава 2, как и в предыдущем случае, сначала также выделяются ?-кристаллы, а при перитектической температуре протекает трёхфазное превращение ж + ?-?. К его концу вся жидкость и все ?-кристаллы оказываются одновременно превращёнными, а сплав представляет однородный ?-твёрдый раствор. При дальнейшем охлаждении из него выделяются ?-кристаллы. Состав ? и ?-твёрдых растворов изменяется вдоль кривых предельной растворимости aa0 и bb0.
Кристаллизация сплава 3 начинается также с выделения ?-кристаллов. При перитектической температуре трёхфазное превращение ж + ?-? заканчивается их исчезновением. Из оставшейся непрореагировавшей жидкости, уже в отсутствие ?-твердого раствора, до температуры Т2 будут выделяться ?-кристаллы. При этой температуре вся жидкость затвердевает, а сплав представляет собою однородный ?-твёрдый раствор. При дальнейшем охлаждении по достижении точки b1, начнётся распад ?-твёрдого раствора с выделением ?-кристаллов.
Можно объяснить и по-другому, почему уже выпавшие ?-кристаллы растворяются в той самой жидкости, из которой они только что выделились. Дело заключается в том, что если до перитектической температуры в равновесии друг с другом были только жидкость и ?-кристаллы, то, начиная с температуры перитектики, жидкость оказывается также в равновесии с ?-кристаллами предельной концентрации. Поскольку разность концентраций жидкости и ?-кристаллов меньше, чем той же жидкости и ?-кристаллов, пройти диффузионному процессу выделения из жидкости ?-кристаллов легче, чем ?-кристаллов. Но как только ?-кристаллы начинают выделяться, жидкость, изменяя свой состав по ликвидусу, в отношении ?-кристаллов становится ненасыщенной, ?-кристаллы начнут растворяться, возвращая тем самым концентрацию жидкости к прежнему равновесному состоянию. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не растворятся все ?-кристаллы или не израсходуется вся жидкость.
Таким образом, при перитектическом превращении, в отличие от эвтектического, только часть сплавов, испытывающих трёхфазное превращение, затвердеет при перитектической температуре. Состав этих сплавов лежит в интервале концентрации между точками а и b. Другая часть сплавов, испытывающих трёхфазное превращение и расположенных в интервале концентраций между точками b и р, затвердевает ниже перитектической температуры.
Перитектическими сплавами называют сплавы, кристаллизующиеся из жидкости путем выделения твёрдой фазы с последующим образованием из неё и оставшейся жидкости второй твёрдой фазы.
Степень свободы при перитектическом превращении равна нулю. Поэтому перитектическая реакция, как и эвтектическая, протекает при постоянной температуре. Разумеется, что, пока из расплава выделяется только один вид кристалла, по отношению к которому насыщение достигается раньше, степень свободы будет равна единице. Поэтому процесс кристаллизации будет протекать в интервале температур. На кривых охлаждения сплавов, испытывающих перитектическое превращение, будет наблюдаться перелом, соответствующий началу кристаллизации одной твёрдой фазы, и горизонтальная площадка, соответствующая собственно перитектическому процессу.
|