8. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения (IV рода)

Химическое соединение, как было указано выше (гл. IV, п. 2), характеризуется определенным соотношением компонентов, а это отражается на диаграмме вертикальной линией, проходящей на оси абсцисс через точку, отвечающую соотношению компонентов в химическом соединении. Если компоненты А и В образуют химическое соединение то, следовательно, на его атомов приходится

атомов А и атомов В. Определенному атомному соотношению соответствует и определенное соотношение по массе.

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до расплавления, и неустойчиво, если при нагреве оно разлагается. В зависимости от этого могут быть два вида диаграмм. Кроме того, возможно образование нескольких химических соединений между двумя компонентами, а также растворимость на базе химического соединения — эти обстоятельства также находят отражение в диаграмме состояния.

Диаграмма с устойчивым химическим соединением

Предположим, что оба компонента образуют одно устойчивое соединение причем и это соединение, и чистые компоненты не образуют в твердом состоянии растворов.

Компонентами системы являются вещества А и Б, а твердыми фазами — и В. Из четырех возможных в этой системе фаз могут сосуществовать три или .

Это химическое соединение устойчиво, поэтому оно может быть нагрето без разложения до своей температуры плавления (точка С). Химическое соединение плавится при постоянной температуре. Плавление химического соединения при постоянной температуре вполне соответствует правилу фаз. Химическое соединение можно рассматривать как однокомпонентную систему (один компонент — химическое соединение, тогда при плавлении

На рис. 101 показана диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением . Точка С соответствует температуре плавления этого химического соединения. На диаграмме имеются две эвтектические точки Эвтектика представляет собой смесь кристаллов компонента А и химического соединения, а эвтектика — кристаллов В и химического соединения. Соответствующими реакциями образования эвтектических смесей являются:

На линиях выделяются первичные кристаллы химического соединения. Следовательно, заэвтектические сплавы в отношении эвтектики и доэвтектические сплавы в отношении эвтектики в твердом состоянии состоят из первичных кристаллов и эвтектики или

Кристаллизация сплавов по этой диаграмме происходит еовершенио аналогично кристаллизации сплавов, образующих механическую смесь кристаллов чистых компонентов. Отличие состоит только в том, что, кроме выделения кристаллов чистых компонентов А и В, происходит еще образование кристаллов химического соединения. Таким образом, диаграмма с химическим соединением представляет собой как бы приставленные одна к другой две простые диаграммы. Можно разделить такую диаграмму на две части по вертикали, соответствующей химическому соединению, и изучать каждую часть диаграммы отдельно.

Рис. 101. Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением

Рис. 102. Диаграмма состояния с двумя устойчивыми химическими соединениями

Рис. 103. Диаграмма состояния с твердым раствором на базе химического соединения

Рис. 104. Диаграмма состояния с неустойчивым химическим соединением

Если компоненты А и В образуют между собой два или больше химических соединений, то такая диаграмма представляет собой диаграмму, составленную из трех, из четырех и т. д. простых диаграмм сплавов механических смесей (рис. 102).

Если же компоненты в твердом состоянии образуют ограниченные твердые растворы, а также растворы на базе химического соединения, то на диаграмме состояния это отмечается областями существования соответствующих твердых растворов.

На рис. 103 изображена такая диаграмма, где а- и -твердые растворы на базе чистых компонентов, а -твердый раствор на базе химического соединения . Нетрудно заметить, что если диаграмма на рис. 102 представляет собой сдвоенную диаграмму сплавов — смесей из чистых компонентов, то диаграмма, приведенная на рис. 103, представляет сдвоенную диаграмму сплавов — смесей из твердых растворов.

Диаграмма с неустойчивым химическим соединением

В отличие от диаграммы с устойчивым химическим соединением на рис. 104 приведена диаграмма состояний, где два компонента образуют неустойчивое химическое соединение, которое при нагреве до определенной температуры (г) разлагается на жидкость и один из компонентов, т. е. не расплавляется полностью.

На линии находятся в равновесии три фазы: жидкость концентрации кристаллы компонента В и кристаллы химического соединения .

При нагреве неустойчивое химическое соединение распадается на жидкость концентрации и кристаллы В. При охлаждении, следовательно, произойдет обратная реакция:

Реакция эта подобна перитектической; жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами, но образует не новый твердый раствор, как в случае перитектической реакции, а химическое соединение.

Процесс кристаллизации сплава I в равновесных условиях будет протекать следующим образом. В точке 1 начинается кристаллизация, выпадают кристаллы В, и концентрация жидкости изменяется по кривой . В точке 2 при постоянной температуре образуется неустойчивое химическое соединение по уравнению, приведенному выше. По окончании реакции в избытке остается жидкость, которая кристаллизуется с выделением соединения до тех пор, пока концентрация жидкости не достигнет точки Е. Тогда оставшаяся жидкость кристаллизуется в эвтектику, состоящую из кристаллов А и химического соединения. Следовательно, на кривой будем иметь две площадки: верхнюю, соответствующую образованию неустойчивого химического соединения, и нижнюю, соответствующую образованию эвтектики .