3.2.1. Основная информация о диаграмме состояния.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Она позволяет определить температуру начала и конца кристаллизации (перекристаллизации) сплава, его структуру в различных интервалах температур и превращения, которые сплав претерпевает при охлаждении и нагревании.

Двойными называются сплавы, в состав которых входят два компонента.

Компоненты – это вещества, образующие систему, или другими словами, это химические составляющие сплавов.

Различные изменения системы, происходящие в зависимости от внешних условий (температуры, концентрации компонентов), подчиняются правилу фаз (закону Гиббса), которое устанавливает зависимость между числом компонентов, числом фаз и числом степеней свободы системы.

Фазой называется однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура сплава изменяются скачкообразно. Чаще всего, когда работают с металлами или сплавами, различают твердую или жидкую фазы.

Под числом степеней свободы (вариантность) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление, концентрация), которое можно изменять без изменения числа фаз данной системы.

Правило фаз (закон Гиббса) для металлических систем при постоянном давлении выражается уравнением

С = К + 1 – Ф, (3.1)

где  С – число степени свободы системы;

К – число компонентов, образующих систему;

Ф – число фаз, находящихся в равновесии.

В процессе затвердевания чистого металла (К = 1, Ф = 2) – система нонвариантная (безвариантная), так как, согласно формуле (3.1), С = 0. Т.е. в системе нельзя произвольно изменять внешний фактор (температуру), не изменяя числа фаз и равновесия системы.

Чистый расплавленный металл (К = 1, Ф = 1) представляет моновариантную (одновариантную) систему с одной степенью свободы (С = 1). Сохраняя металл в жидком виде, можно в определенных пределах (выше точки плавления) изменять температуру, не изменяя числа фаз и равновесия системы.

Если двухкомпонентная система (сплав) находится в расплавленном состоянии (К = 2, Ф = 1), то имеем две степени свободы(С = 2), т.е. систему бивариантную (двухвариантную). В этом случае существуют различные температуры и концентрации компонентов, при которых не изменяется число фаз и равновесие системы. Для этой же системы при наличии двух фаз (жидкой, и твердой) имеем К = 2, Ф = 2 и С = 1, т.е. с изменением температуры концентрация должна быть строго определенной.