Трехкомпанентные системы

     Три подобные друг другу кривые е пересекаются в точке Е, соответствующей равновесию расплава с кристаллами А, В и С. Так как здесь существуют четыре фазы, то согласно уравнению (С=К+1-ф) число степеней свободы равно нулю (С = 3 - 4 + 1 = 0). В точке Е происходит кристаллизация тройной эвтектики, состоящей из компонентов А, В и С. При наблюдении структуры такой эвтектики под микроскопом видны относительно крупные кристаллы А, В и С и смесь мелких кристалликов этих же компонентов, образовавшаяся при затвердевании тройного эвтектического расплава, происходившего без изменения состава. Подобные тройные и четверные эвтектики таких металлов, как Pb, Bi, Sn, Cd, используют в качестве припоев и легкоплавких сплавов. Известный сплав Вуда, состоящий из упомянутых элементов плавится при 65° C и представляет собой четверную эвтектику.

Сечения объемной диаграммы горизонтальными  плоскостями дают изотермические разрезы  диаграмм тройных систем, т.е. отражают фазовые равновесия при одной  постоянной температуре. Например, такое  сечение диаграммы, представленной на рис. 3.2, при температуре Т показано на рис. 3.3 в виде треугольника ABC. Кривая на этом рисунке есть сечение поверхности горизонтальной плоскостью. Криволинейный треугольник ограничивает область двухфазного равновесия между расплавом и кристаллами С. Вне этого треугольника существуют лишь однородные расплавы. При более низких температурах (ниже точек A и В) из расплава начинается кристаллизация компонентов A и В, и на горизонтальных сечениях появляются двухфазные области, прилегающие к осям АА’ и ВВ’. Они подобны области . По мере понижения температуры протяженность всех трех двухфазных областей увеличивается. Наконец, при температуре они смыкаются, образуя плоскость тройной эвтектики abc (рис. 3.2) или плоскость солидус. Ниже этой температуры жидкая фаза не существует.  

     Рассматриваемая пространственная диаграмма может  быть представлена в виде диаграммы  на плоскости, если использовать ее проекцию на концентрационный треугольник А’В’С’ (рис. 3.4.). Линии и есть проекции линий кристаллизации двойных эвтектик (рис. 3.2), а области - проекции поверхностей кристаллизации компонентов А, В и С. Точка Е - проекция точки тройной эвтектики Е.

 На  рис. 3.4. представлена тройная диаграмма состояния на плоскости. Здесь на проекциях поверхностей кристаллизации компонентов (А1е1Ее2А1, B1eEe3B1, С1е2Ее3С1) нанесены изотермы, подобные (см. рис. 3.3.) при разных температурах. С помощью этого рисунка можно проследить за превращениями при охлаждении (или нагревании) какого-либо сплава, например, при когда .

     Пусть расплав, состав которого отвечает точке Q, охлажден до температуры . Это означает, что при должна начаться кристаллизация компонента А. Как будет изменяться состав расплава при дальнейшем охлаждении? Так как из расплава выделяются только кристаллы А, то в оставшейся жидкости отношение концентраций В и С будет сохраняться постоянным. Как отмечалось выше, этому свойству отвечает ход прямых линий, соединяющих каждую вершину треугольника с противоположной стороной. В рассматриваемом случае это отрезок прямой A’Q. Следовательно, при дальнейшем охлаждении расплава, одновременно с накоплением кристаллов А, состав расплава будет изменяться в соответствии с прямой линией, являющейся продолжением A’Q. При достижении температуры, отвечающей точке Р, начнется выпадение двойной эвтектики А - В. При дальнейшем охлаждении расплав будет обогащаться компонентом С, а его состав изменяется по кривой РЕ до тех пор, пока при температуре точки Е вся жидкость не затвердеет с образованием тройной эвтектики.

     Объемная  диаграмма трехкомпонентной системы, в которой все три составляющие ее двойные системы характеризуются  неограниченной растворимостью в твердом  и жидком состоянии, представлена на рис. 3.5. Она состоит всего из двух поверхностей. Верхняя поверхность - ликвидус - проходит по линиям ликвидус двойных систем и как бы накрывает их. Нижняя поверхность - солидус - также проходит по линиям солидус двойных систем и закрывает их снизу. По такой диаграмме для сплава любого состава, например определяемого точкой а, можно найти температуры начала и окончания его кристаллизации (или плавления) по точкам пересечения вертикали с плоскостями ликвидус и солидус (см. рис. 3.5).

     Значительно сложнее диаграммы состояния  трехкомпонентных систем, образующих химические соединения. Рассмотрим простейший случай, когда в системе образуется лишь одно соединение АтВп, которое дает неограниченные растворы в жидком состоянии со всеми компонентами (А, В и С). Эти компоненты, в свою очередь, неограниченно растворимы друг в друге в жидком состоянии. Растворимость в твердом состоянии в системе практически отсутствует. Представим этот случай в виде диаграммы состояния на плоскости.

     На  сторонах концентрационного треугольника (рис. 3.6) построены три двойные системы, которые на пространственной диаграмме были бы перпендикулярны к плоскости этого треугольника. Прямая линия аС соответствует сплавам, в которых отношение концентраций А и В постоянно и равно их отношению в химическом соединении (т:п). Таким образом, появляется еще одна двойная система АтВп - С, которую можно было бы изобразить вертикальным сечением с основанием на линии аС. Оно делит пространственную диаграмму данной системы на две такие же пространственные диаграммы, подобные представленной на рис. 3.2. Слева на ее вертикальных осях отложены температуры плавления А, С и АтВп, а справа АтВп, В и С. Кроме того, линия аС делит треугольник ABC на два неравные концентрационные треугольника АаС и аВС.  Точка представляет проекцию двойной эвтектики АтВп - С на изотермическое сечение пространственной диаграммы при некоторой температуре Т. Точка отвечает тройной эвтектике, состоящей из эвтектик .