Ликвация в сталях

Глава 1. Ликвация, виды ликвации

Ликвация (от лат. liquatio —  разжижение, плавление) - процесс разделения первоначально однородного магматического расплава при понижении температуры  на две разные по составу несмешивающиеся  жидкости. В металлургии в настоящее время ликвацией называют любую неоднородность слитков по составу. Бытовым примером подобного процесса является разделение масла и воды, налитых в один стакан.

Процесс ликвации широко использовался  в средние века в технологиях  разделения металлов в сплавах и рудах, преимущественно для очистки свинца, серебра, сурьмы и олова. Первое из известных применений ликвации в технологии для разделения серебра и меди с помощью свинца относится к середине XV века (Германия), однако вероятно использование ликвации для выделения серебра еще во втором тысячелетии до н.э. на Ближнем Востоке. В научную литературу термин ликвация ввел  Георг Агрикола в труде "De re metallica" при описании этой технологии. Ликвация более вероятна при низких температурах, близких к температурам плавления пород и или руд. При повышении температуры область несмесимости жидкостей резко сокращается и исчезает.

Во 2-й половине 19 в. ликвация рассматривалась  как один из главных способов дифференциации магмы, в результате которой возникали  различные родоначальные магмы, дававшие начало всему разнообразию изверженных горных пород. Явления ликвации в силикатных расплавах, особенно в богатых летучими компонентами (фтор, вода, бор), подтверждены экспериментально американскими (О. Ф. Татлом и Дж. Фридманом) и советскими (Д. П. Григорьевым, О. А. Есиным, Я. И. Ольшанским и др.) геологами. В настоящее время доказана природная ликвация сульфидных магм с силикатными, ликвация в высокощелочных богатых углекислотой магмах с образованием карбонатитов и ликвация в очень железистых базальтовых магмах с отщеплением гранитного расплава. Ликвационный способ образования допускается также в отношении камерных пегматитов, вариолей в вариолитах, некоторых рудообразующих растворов и пр. Наиболее характерны сульфидные медно-никелевые ликвационные руды. Главными составляющими этих руд являются пирротин, пентландит и халькопирит, в меньшем количестве представлены магнетит, минералы кобальта и платиноидов. Примерами ликвационных месторождений являются Норильск, Талнах и Печенга в России, Садбери в Канаде и др.

Ликвация (в металлургии) возникает  в результате того, что сплавы, в  отличие от чистых металлов, кристаллизуются  не при одной температуре, а в  интервале температур. При этом состав кристаллов, образующихся в начале затвердевания, может существенно отличаться от состава последних порций кристаллизующегося маточного раствора. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем большее развитие получает Ликвация (в металлургии), причём наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину интервала кристаллизации (для стали, например, сера, кислород, фосфор, углерод). Ликвация (в металлургии) оказывает, как правило, вредное влияние на качество металла, т. к. приводит к неравномерности его свойств.

Различают ликвацию двух типов: внутрикристаллическую и зональную. Внутрикристаллическая, или дендритная, ликвация заключается в различии концентрации примеси на сравнительно небольших расстояниях, соизмеримых с ячейками, дендритами, зернами, в то время как зональная ликвация проявляется в различии в составе между наружной и центральной зонами отливки или слитка.

1. Внутрикристаллическая ликвация

1.1. Внутриячеистая ликвация. Ячеистая субструктура часто образуется при затвердевании в результате возникновения концентрационного переохлаждения. Границы ячеек обогащены примесью, если κ₀<1, и обеднены при κ₀>1. Если при образовании ячеистой структуры у фронта кристаллизации имеется зона жидкого расплава, обогащенного примесью (при κ₀<1), то возникновение сегрегации примеси у границ ячеек обязано боковому диффузионному потоку примеси от вершины растущего выступа. Количество примеси, которое действительно достигнет границы ячейки, трудно измерить, однако оно зависит от κ₀ и глубины выемки между ячейками. На рис. 1 схематически показана ячеистая структура на фронте кристаллизации; по мере увеличения переохлаждения (от случая а к в) выемки между ячейками становятся глубже, что должно приводить к обогащению границ ячеек примесью вследствие диффузии примеси от вершины ячейки. Концентрация примеси на границах может в несколько раз превышать концентрацию в центре ячейки.

Рисунок 1 - Изменение формы ячеистого фронта кристаллизации при увеличении переохлаждения от а до в.

1.2. Дендритная ликвация. Наиболее известный тип внутрикристаллической ликвации — ликвация между дендритами, или так называемая «осевая» ликвация, заключается в том, что ось дендрита (core) имеет состав, сильно отличающийся от состава его наружных областей.

Следует подчеркнуть, что дендритная ликвация также является следствием бокового диффузионного потока, вызывающего отвод примеси в межосевое пространство.

Выявление дендритной ликвации наиболее часто производится металлографическими методами (фото 1), а использование радиоактивных изотопов позволяет показать, что концентрация примеси на границе между двумя дендритами может быть весьма высокой. Действительно, часто наблюдается, что в этих областях образуется эвтектика или перитектика, если они имеются на диаграмме состояния, к которой принадлежит данный сплав.

1.3. Внутризеренная ликвация. Существование вблизи границ зерна областей, обогащенных примесью, так же как и существование дендритной ликвации известно довольно давно. Также хорошо известно, но редко подробно рассматривается то обстоятельство, что степень ликвации зависит от характера образования границ. Для анализа этого положения рассмотрим два случая, представленных на рис. 2; на схеме а изображена граница, расположенная параллельно направлению теплового потока, а на схеме б — граница, образующаяся при равноосном росте зерен.

Рисунок 2 - Образование границы зерен.

а — параллельно направлению роста; б — при росте равноосных зерен.

В случае а скопление примеси на границе зависит от ориентировки двух зерен по отношению к границе. Если оба зерна ориентированы таким образом, что скапливающаяся у фронта кристаллизации примесь отводится по направлению к границе между зернами, то концентрация примеси на этой границе может быть весьма высокой. Аналогичное положение может наблюдаться в случае образования на фронте кристаллизации такой субструктуры, как ячейки или дендриты, соприкасающиеся на границе между зернами; примесь, перемещающаяся впереди этой субструктуры, может частично скапливаться на границе зерен.

Однако обычно при кристаллизации отливок, или слитков, внутризеренная ликвация наблюдается в случае образования равноосных зерен (рис. 2,6), где область, прилегающая к границам зерен, кристаллизуется в последнюю очередь. Перед движущейся границей раздела между твердой и жидкой фазами имеется область жидкости, обогащенной примесью, и эта обогащенная примесью жидкость, в конце концов, кристаллизуется, образуя обогащенную примесью твердую фазу. В случае образования равноосной структуры область вблизи границ зерен является местом скопления значительного количества примеси, так как два обогащенных примесью слоя, соприкасаясь при кристаллизации, образуют область с очень высокой концентрацией примеси. За редким исключением, находящийся вблизи границ зерен материал имеет эвтектический или перитектический состав.

2. Зональная ликвация

2.1. Нормальная (прямая) ликвация. В случае развития нормальной ликвации центр слитка имеет более высокое содержание примеси, чем его наружная 'часть. Образование более высокой концентрации примеси в центре слитка происходит в результате того, что примесь выталкивается движущимся фронтом кристаллизации и скапливается в зоне, затвердевающей в последнюю очередь. Наблюдаемое в затвердевшем слитке распределение примеси зависит от многих факторов и, в частности, от кристаллической структуры слитка. Для случая направленного роста кристаллов при плоском фронте кристаллизации (в отсутствие ячеистой или дендритной структуры) могут быть рассчитаны кривые распределения примеси в зависимости от расстояния для различных условий кристаллизации.

2.2. Кривая распределения примеси в зависимости от расстояния. Следует рассмотреть три возможных случая распределения примеси в слитке в зависимости от условий кристаллизации. Сделанные выше предположения необходимо дополнить еще рядом положений, характерных для каждого из рассматриваемых случаев в отдельности. Условия, налагаемые в первом случае, аналогичны условиям, принятым при анализе теории концентрационного переохлаждения. В этом случае направленная кристаллизация, протекающая с одного конца стержня, происходит при следующих условиях:

1. перемешивание в жидкости осуществляется только за счет диффузии;
2. диффузия в твердой фазе отсутствует;
3. при   затвердевании    на    фронте   кристаллизации поддерживается равновесие;
4. κ₀ — постоянная величина.

Как отмечалось выше, при таких условиях вскоре после начала затвердевания перед движущимся фронтом кристаллизации образуется обогащенный примесью слой жидкости. Эта примесь может быть удалена из слоя либо при кристаллизации в твердую фазу, либо за счет диффузии — в объем жидкости. Образовавшаяся в начале процесса твердая фаза имеет состав С₀κ₀, но по мере протекания процесса кристаллизации концентрация примеси в твердой фазе быстро возрастает до значения С₀, в то время как состав жидкости вблизи фронта кристаллизации изменяется до С₀/κ₀. При постоянных условиях роста состав твердой фазы остается постоянным и равным С₀ до тех пор, пока не начнется кристаллизация последней части образца, когда последняя порция жидкости с высоким содержанием примеси перейдет в твердое состояние такого же состава, так как находящаяся в жидкости примесь не может быть никуда отведена. Кривая распределения примеси по длине образца, образовавшегося при таких условиях кристаллизации, приведена на рис. 3 (кривая а).

Обращаясь к  диаграмме состояния данной системы, представленной на рис. 4, следует указать, что большая часть процесса кристаллизации происходила при температуре Т₁.

Во втором случае требования (2) - (4) остаются прежними, но вместо требования (1) предполагается, что в жидкости осуществляется полное перемешивание. Как и раньше, образовавшаяся в начале процесса твердая фаза имеет состав С₀κ₀, но отводимая примесь полностью перемешивается в оставшейся жидкости, так что увеличение концентрации примеси вблизи фронта кристаллизации лишь очень незначительно. Вследствие этого состав следующей порции твердой фазы лишь слегка превышает С₀κ₀. По мере протекания процесса кристаллизации концентрация примеси в твердой фазе постепенно увеличивается в соответствии с увеличением концентрации примеси в оставшейся жидкости. Вблизи конца образца, когда объем оставшейся жидкости становится мал, содержание примеси в твердой фазе весьма быстро увеличивается до очень больших значений. Окончательное распределение примеси вдоль образца в этом случае представлено на рис. 3 (кривая б); обращаясь к диаграмме состояния, можно отметить, что в этом случае процесс кристаллизации происходит в температурном интервале между Т₀ и Т₁, а температура, при которой произошла кристаллизация последней части жидкости, значительно ниже Т₁, так как концентрация примеси в образовавшейся твердой фазе была существенно выше С₀.

Рисунок  3 - Распределение концентрации    примеси   вдоль образца,  закристаллизовавшегося в различных  условиях.

а — при  переносе  жидкости  только  за счет диффузии; б — при полном

перемешивании   жидкости;  в — при частичном перемешивании жидкости

за счет конвекции.

Рисунок 4 - Угол диаграммы состояния с образованием твердого раствора.

Третий из рассматриваемых случаев является более реальным, но он значительно труднее поддается количественному описанию, так как предполагается, что в жидкости имеет место частичное перемешивание. Все остальные предположения остаются такими же, как и в рассмотренных выше двух случаях. Как и следует ожидать, концентрационная кривая в лежит где-то между двумя первыми (см. рис. 3). Перемешивание жидкости может происходить за счет тепловой конвекции, вибрации или естественной конвекции, обусловленной различием в плотностях обогащенной и обедненной примесью жидкости. В случае большой скорости роста кристаллов времени для протекания конвекции бывает недостаточно, но, когда скорость роста мала, может происходить естественная конвекция. При незначительном перемешивании в жидкости кривая в приближается к кривой а, в случае интенсивного перемешивания кривая в смещается по направлению к кривой б. Итак, изменяя интенсивность перемешивания, можно определенным образом сдвигать кривую распределения примеси.

Трудно дать какие-либо конкретные рекомендации относительно условий кристаллизации, при которых в жидкости имеет место интенсивная естественная конвекция, так как используемые на практике системы обладают существенными различиями. Однако можно ожидать, что в бинарном сплаве двух металлов с мало отличающимися плотностями конвекция будет менее интенсивной, чем в случае кристаллизации сплава металлов с существенным различием в их плотностях. В качестве рабочего правила можно указать, что если скорость роста кристаллов больше или равна ~20 см/час, то концентрационные кривые близки к кривой а, при меньшей скорости они приближаются к кривой б.

Следует еще  раз подчеркнуть, что рассмотренные выше кривые относятся к случаю направленной кристаллизации с плоским фронтом.

В случае образования  ячеистой или дендритной структуры концентрация примеси в твердой фазе выше, чем рассчитанная для плоского фронта кристаллизации, и концентрационные кривые приближаются к кривой а. Общая сегрегация в этом случае зависит не только от скорости роста, но и от величины концентрационного переохлаждения. Прежде чем кончить обсуждение вопросов, связанных с нормальной ликвацией, следует отметить, что концентрационные различия в макромасштабе могут быть почти полностью ликвидированы, если слиток будет кристаллизоваться с образованием равноосной структуры.

2.3. Обратная ликвация. Изменение объема при кристаллизации может иметь важные практические последствия. Одним из этих последствий является развитие ликвационных явлений, известных как обратная ликвация; при этом концентрация примеси в поверхностных зонах слитка оказывается выше, чем в центральной, даже при κ₀<1. Этот тип ликвации может проявляться в одной или сразу двух формах: в первом случае распределение примеси является противоположным наблюдаемому при нормальной ликвации; во втором случае это обратное распределение примеси сопровождается появлением выделений на поверхности отливки. Эти выделения имеют очень высокое содержание примеси и носят название «наплывы», или «выпотевание»; последнее название связано с «выпотеванием» олова, т. е. образованием выделений с высоким содержанием олова в наружной части слитков сплавов меди с оловом.

Прежде чем  пытаться объяснить образование  ликвации этого типа, полезно рассмотреть условия, способствующие ее образованию. Обратная ликвация наблюдается только в сплавах, склонных к усадке, и при увеличении скорости кристаллизации ликвационные явления проявляются в большей степени. Чаще всего ликвация этого типа наблюдается при столбчатом росте кристаллов в сплавах с широким температурным интервалом кристаллизации, т. е. большим расстоянием между линиями ликвидус и солидус и при наличии в жидкости растворенного газа. Несколько труднее установить точную связь между пористостью в центре слитка и обратной ликвацией, но часто одно явление сопровождается другим. Примером развития обратной ликвации может служить приведенная на фото 2 авторадиограмма образца сплава меди с 10% олова, затвердевавшего в направлении от наружных слоев к внутренним; темные области на фотографии представляют собой зоны повышенного содержания олова.

Все вышеизложенные факты могут быть объяснены возникновением при усадке междендритного потока обогащенной примесью жидкости. При кристаллизации сплава с образованием дендритной структуры междендритные каналы содержат жидкость с высокой концентрацией примеси, возникающей в результате действия бокового диффузионного потока. При усадке во время кристаллизации обогащенная примесью жидкость устремляется по направлению к основаниям дендритов А на фронте кристаллизации (области А показаны на рис. 5) и заполняет любые имеющиеся полости. Этот обратный поток будет пронизывать слой за слоем, пока жидкость не израсходуется или пока весь слиток не закристаллизуется. В результате этого процесса наружная часть слитка будет содержать большее количество примеси, чем это можно было ожидать, так как объемная усадка, происходящая при кристаллизации, способствовала проникновению жидкости с высоким содержанием примеси в наружные слои. Столбчатый рост кристаллов обеспечивает наиболее сильное развитие ликвации этого типа, так как длинные междендритные каналы, образующиеся в процессе роста, способствуют проникновению обогащенной примесями жидкости к наружным слоям отливки.

Рисунок 5 - Схема,  иллюстрирующая образование обратной  ликвации.

В результате возникновения обратного потока образуется обратная ликвация и следует еще раз подчеркнуть, что этот тип ликвации является следствием объемных изменений, выталкивания примеси границей раздела и бокового потока примеси к междендритным каналам. Так как эти явления характерны для нормального процесса сегрегации, то полезно еще раз рассмотреть особенности сплавов, склонных к обратной ликвации. Во-первых, эти сплавы должны обладать усадкой при кристаллизации; в металлах, расширяющихся при затвердевании, обратная ликвация не наблюдается. Во-вторых, коэффициент распределения примеси в сплаве должен быть мал, что означает, что этот сплав склонен к образованию нормальной ликвации. Сплавы с малым значением коэффициента κ₀ обычно обладают большим температурным интервалом кристаллизации; температурный интервал довольно часто используется в качестве параметра при обсуждении этой проблемы, хотя более правильно в качестве параметра использовать κ₀.

Рисунок 6 - Экспериментальная и расчетная кривые распределения примеси при обратной ликвации в сплаве системы алюминий — медь.

1— расчет; 2 — эксперимент.

Однако при  образовании выделений, связанных  с обратной сегрегацией, весьма существенное значение имеет температурный интервал или низкая температура кристаллизации обогащенной примесью жидкости. Если в междендритных каналах находится сплав с низкой температурой кристаллизации и если на поверхностной корке слитка образовались трещины или при вытаскивании из изложницы она перегрелась, то находящийся в междендритных каналах сплав может расплавиться, если он уже не был в расплавленном состоянии, и вытечь наружу на поверхность. В результате этого образуется «выпотевание», часто наблюдаемое при затвердевании слитков некоторых сплавов.

Предложенный механизм возникновения обратной ликвации подтверждается согласием экспериментальных данных и количественных оценок, сделанных на основе рассмотренной теории; на рис. 6 приведены расчетные и экспериментальные данные распределения примеси в сплаве алюминия с медью.

Обратной  ликвацией можно управлять, вызывая  образование мелкой равноосной структуры, препятствующей потоку жидкости в обратном направлении, но ликвидировать ее полностью нельзя. Даже в последнем случае междендритные каналы могут существовать и концентрация примеси в некоторых из них, доходящих до поверхности слитка, может быть достаточно высокой для образования выделений, несмотря на то, что макроскопическое распределение примеси по сечению слитка может быть весьма однородным.

2.4. Ликвация по удельному весу. Если жидкая или твердая фаза разделяются вследствие различия в плотности, то это называется ликвацией по удельному весу. Сплавы системы сурьма—свинец с большим содержанием сурьмы являются хорошим примером сплавов, склонных к ликвации этого типа. Образующиеся первичные кристаллы сурьмы поднимаются наверх расплава, так как они значительно легче, чем оставшаяся жидкость. Так как изменить плотности фаз нельзя, то подавить развитие ликвации можно лишь увеличением скорости кристаллизации всей отливки для того, чтобы составляющие не имели   времени   всплыть   или   опуститься в нижнюю часть отливки.

Можно привести много примеров ликвации по удельному весу, наблюдаемой в различных сплавах, возможное развитие этого типа ликвации может быть легко предсказано из анализа состава сплава и плотности его составляющих. Несмотря на то, что обычно ликвация по удельному весу является весьма нежелательной, она дает эффективный путь разделения материалов и может быть использована в практических целях.

2.5. Слоистая ликвация. Одной из наиболее часто встречаемых при кристаллизации форм ликвации является изменение состава сплава в слоях, параллельных фронту кристаллизации. На фото 3 приведена авторадиограмма образца сплава системы свинец — полоний с развитой слоистой ликвацией; более темные участки на фотографии представляют собой области, обогащенные полонием. Изменения в составе при возникновении слоистой ликвации могут быть связаны с изменением условий роста, механическими нарушениями или структурными изменениями на фронте кристаллизации.

Если процесс  затвердевания происходит с постоянной скоростью, то перед движущимся фронтом кристаллизации скапливается примесь; состав образующейся твердой фазы определяется составом жидкости. Если скорость кристаллизации неожиданно увеличится, то эта обогащенная примесью жидкость закристаллизуется, образовав слой твердой фазы с высоким содержанием примеси. Образование обогащенного примесью слоя происходит потому, что процессы, определяющие вынос примеси от фронта кристаллизации в объем расплава (диффузия и конвекция), не успевают пройти и, таким образом, примесь остается в этом слое. Такое же явление, но только связанное с уменьшением количества примеси в слое, может произойти, если механическая вибрация или перемешивание уменьшат количество примеси у фронта кристаллизации. В этом случае начало вибрации будет определять начало образования слоя, обедненного примесью.

Как следует  из ряда экспериментов, образование слоев может происходить в отсутствие внешнего влияния на скорость кристаллизации и механической вибрации. В этих случаях возникновение ликвационных слоев, возможно, связано с возникновением концентрационного переохлаждения или со структурными изменениями на фронте кристаллизации. Предположим, что при кристаллизации сплава образуется плоский фронт кристаллизации и перед ним возникает слой жидкости, обогащенной примесью. Плоский фронт кристаллизации является устойчивым при определенных условиях роста, но при некотором уменьшении отношения G_L/R или при увеличении концентрации примеси в жидкости перед фронтом кристаллизации на нем образуется ячеистая структура. В случаях образования ячеек количество примеси е твердой фазе возрастает, что приводит к уменьшению концентрации примеси в жидкости. Это уменьшение концентрации примеси в жидкости перед фронтом кристаллизации может быть достаточным, чтобы вызвать обратный переход к плоскому фронту кристаллизации, если условия роста будут близкими к тем, которые необходимы для такого перехода. Однако изменения в концентрации примеси в твердой фазе, вызываемые этим процессом, наблюдаются весьма редко, так как только случайно условия кристаллизации могут оказаться такими, что переход от плоского к ячеистому фронту кристаллизации может быть реализован.

Используя подобные приведенным выше рассуждения, можно объяснить наблюдаемое изменение состава, если условия роста близки к тем, которые требуются для перехода от ячеистой к дендритной структуре или от столбчатых дендритов к равноосным. Так, в частности, структура может изменяться от столбчатой к равноосной по сечению отливки. К сожалению, существует еще мало данных о связи слоистой ликвации с изменениями структуры.

Ликвация является весьма нежелательным явлением, неблагоприятно влияющим на механические и физические свойства металлов.

Важный вывод, который  может быть сделан из проведенного выше рассмотрения ликвационных явлений, заключается в том, что, меняя условия кристаллизации, можно свести ликвацию к минимуму.

Глава 2. Правило отрезков

2.1 Диаграмма  состояния сплавов, образующих  неограниченные твердые растворы

Диаграмма состояния  для случая полной взаимной растворимости  компонентов А и В в жидком и твердом состояниях в зависимости от концентрации и температуры дана на рис.7.

Рисунок 7 - Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонентов

Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз - жидкого  раствора Ж (L) и твердого раствора (a). Следовательно, трех фаз быть не может, кристаллизация не наблюдается при постоянной температуре и горизонтальной линии на диаграмме нет.

При температуре выше линии t_Ааt_В, называемой линией ликвидус, существует только жидкая фаза Ж. В этой области свободная энергия жидкой фазы Fж ниже свободной энергии твердого раствора F_a, состоящего из компонентов А и В.

В области ниже линии t_Абt_В, называемой линией солидус, устойчив a - твердый раствор, так как F_a < F_ж.

Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся жидкая фаза и a-твердый раствор.

Диаграмма состояния  строится методом термического анализа.

Кристаллизация чистого компонента А: равномерное понижение температуры до значения t_А (температура плавления компонента А), при которой компонент А затвердевает (до t_А - С = 1 + 1 - 1 = 1). На кривой отмечается остановка (горизонтальная линия), так как согласно правилу фаз только при этой температуре одновременно могут существовать две фазы - твердая и жидкая (С=1+1-2=0). После затвердевания (Ф = 1), температура снова равномерно понижается С = 1 + 1 - 1 = 1. Аналогично для компонента В (рисунок 7).

При охлаждении сплава I температура понижается до t₁ (C=2+1-1=2), при которой начинается кристаллизация, на кривой охлаждения наблюдается перегиб, связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации.

Начиная от температуры t₁, из Ж-фазы кристаллизуется твердый раствор. Процесс кристаллизации идет при понижающейся температуре (С=2+1-2=1), существует две фазы: Ж и a.

При достижении t₂ сплав затвердевает и при более низких температурах существует только a - твердый раствор.

Если найденные точки  перенести на диаграмму, и одноименные  точки соединить плавными линиями, то получится диаграмма состояния  системы сплавов А и В, образующих непрерывный ряд твердых растворов (рисунок 1).

В интервале температур между линиями ликвидус и солидус  две фазы - жидкий сплав и a- твердый раствор.

2.2 Кристаллизация твердых  растворов

Рассмотрим более подробно процесс кристаллизации сплава, содержащего 60% компонента В. При температуре t₁ сплав находится в жидком состоянии. В нем имеется равновесный набор фазовых и концентрационных флуктуаций (отклонение от среднего химического состава). При охлаждении в интервале температур t₁ до t₂ - количество размер флуктуаций при охлаждении увеличивается по отношению к a- фазе. Ниже т.2, (то есть примем т.3) начинается процесс кристаллизации, критический размер зародыша достигает максимальной величины. Ниже t₂ сплав является двухфазным (Ж и a - кристаллы). Двухфазное состояние существует в интервале температур t₂ - t₅ (рисунок 8).

Рисунок 8 - Двухфазное состояние

В процессе кристаллизации (при каждой Т⁰ С) изменяется и концентрация фаз, и количество каждой фазы (при кристаллизации количество твердой фазы увеличивается, а жидкой уменьшается). В любой точке диаграммы, когда существует две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. Для этого служит правило рычага, или правило отрезков.

2.3 Первое правило отрезков (правило концентраций)

Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние  сплава, проводят горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями (ликвидус и солидус) ограничивающими  данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают концентрацию компонентов в фазах (или составы фаз).

Таким образом, химический состав твердой фазы a (для температуры т.3) описывается точкой пересечения коноды с линией солидус, то есть в точке - а (82% В, остальное - 18% А).