5. Правило отрезков

В процессе кристаллизации изменяются и концентрация фаз 1 (поэтому состав жидкости изменяется), и количество каждой фазы (при кристаллизации количество твердой фазы увеличивается, а жидкой уменьшается). В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. Для этого служит так называемое правило рычага, или правило отрезков.

В точке а, показывающей состояние сплава К при температуре (рис. 95), сплав состоит из кристаллов В и жидкости. Выше точки сплав находится в однофазном состоянии, и концентрация компонентов в этой фазе (т. е. в жидкости) определялась проекцией точки При охлаждении из сплава выделяются кристаллы В и состав жидкости изменяется в сторону увеличения в ней компонента А. При температуре концентрация компонента В в жидкости определяется проекцией точки это максимальное количество компонента В, которое может содержать жидкость при По достижении эвтектической температуры жидкость принимает эвтектическую концентрацию. Следовательно, при охлаждении сплава К концентрация жидкости меняется по кривой Выделяющиеся кристаллы В имеют постоянный состав — это чистый компонент В, концентрация которого лежит на вертикальной оси

Первое положение правила отрезков формулируется следующим образом. Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Следовательно, для сплава К при температуре составы обеих фаз определятся проекциями точек и с, так как эти точки находятся на пересечении горизонтальной линии проходящей через точку а, с линиями диаграммы.

Количество этих фаз также можно определить. Для определения количества каждой фазы (второе положение правила отрезков) предположим, что сплав К находится при температуре

Рис. 95. Диаграмма состояния (к применению на ней правила отрезков)

Сплав К содержит Следовательно, если отрезок определяет все количество сплава, то отрезок А — количество В в сплаве, а отрезок — количество компонента А в сплаве.

В точке а сплав состоит из кристаллов В и жидкости концентрации Жидкость содержит , или в жидкости количество компонента В определяется отрезком

При общем весе сплава, равном единице, искомое количество выделившихся кристаллов равно х, а количество жидкости 1 — х, В этом случае количество компонента который находится только в жидкости, равно

Так как

то

т. е. если масса сплава равна единице и изображается отрезком то масса кристаллов в точке а у сплава К равна отношению

Количество жидкости

т. е. количество жидкости определяется отношением

Отношение количества твердой и жидкой фаз определяется отношением

Если точка а определяет состояние сплава, точка — состав жидкой фазы, а точка с — состав твердой фазы, то отрезок определяет все количество сплава, отрезок количество жидкости и отрезок количество кристаллов.

Второе положение правила отрезков формулируется так. Для того чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Правило отрезков в двойных диаграммах состояния можно применить только в двухфазных областях. В однофазной области имеется лишь одна фаза; любая точка внутри области характеризует ее концентрацию.