Дотепер розглядалися системи, в яких із розплаву, як правило, кристалізувалася тверда фаза визначеного складу: це були або чисті компоненти, або хімічні сполуки. Однак це далеко не завжди так. Часто з розплаву випадає тверда фаза змінного складу – тверді розчини. Твердими розчинами називають однорідні системи змінного складу, що складаються з двох і більше компонентів.
Тверді розчини можуть утворюватися двома шляхами: або атоми другого компонента містяться у міжвузлях кристалічної решітки першого компонента, або вони можуть заміщати атоми першого компонента у вузлах кристалічної решітки. Перший тип розчинів називається твердими розчинами проникнення, другий– твердими розчинами заміщення.
Діаграма стану системи з необмеженою розчинністю компонентів А і В у рідкому та твердому станах наведена на рис. 7.7. Нижче лінії солідусу ТАс0ТВ міс титься область існування
твердих розчинів. Вище лінії ліквідусу ТАсТВ міститься область
рідких розчинів. Між лініями ліквідусу та солідусу міститься об-
ласть рівноважного співіснування рідких та твердих розчинів.
Розглянемо охолодження розплаву, що позначається фігуративною точкою М. У цій точці система біваріантна (С = 3 – 1 = 2).
При температурі Т1 у точці а0 починається кристалізація твердого розчину і утворюється двофазна система, що складається із розплаву складу у0 і твердого розчину складу у3. В інтервалі температур Т1 – Т2 кількість степенів вільності системи дорівнює одиниці і кожній температурі відповідають визначені склади рідкого та твердого розчинів. Наприклад, система складу у0 у фігуративній точці в0 складається із двох фаз: рідкого розчину складу у1 і твердого розчину складу у2. Маси фаз, що перебувають у рівновазі, можна знайти використовуючи правило важеля:
і m1 + m2 = m0,
де m0 – вихідна маса системи; m1 i m2 – маси рідкого та твердого розчинів.
Повне затвердіння розплаву відбудеться при температурі Т2. При цьому склад у0 твердого розчину (точка с0) відповідає складу у0 вихідного розплаву (точка а0). Відзначимо, що на діаграмі немає ні однієї точки, де у рівновазі перебували б три фази і кількість степенів вільності дорівнювало б нулю.
Крім поданої діаграми, спостерігаються діаграми стану з обмеженою розчинністю компонентів у твердому вигляді. Дві такі діаграми наведені на рис. 7.8.
Не аналізуючи ці діаграми, уточнимо , що в обох випадках утворюються два типи твердих розчинів (a і b). У системі а тверді розчини a і b плавляться без розкладання, а у системі б твердий розчин існує лише при температурах, менших від ТС (різниця така сама, як і між системами з конгруентно та інконгруентно плавкими хімічними сполуками).
і m1 + m2 = m0,
Не аналізуючи ці діаграми, уточнимо , що в обох випадках утворюються два типи твердих розчинів (