Железо (1535 °С) и цирконий (1857 °С) образуют химическое соединение Fe3Zr2 (1640 °С). Эти металлы кристаллизуются из расплава в составе ограниченных твердых растворов внедрения, содержащих до 8 % Zr и до 7 % Fe. Эвтектики кристаллизуются при 1330 °С (17 % Zr) и 1350 °С (83 % Zr). Каков состав наиболее легкоплавкого сплава в этой системе? Решение: 1. Общая характеристика диаграммы состояния Температура плавления (кристаллизации) железа TплFe = 1535 °С, а циркония TплZr = 1857 °С. В расплавленном состоянии эти вещества неограниченно растворимы и образуют одну жидкую фазу. Эти металлы кристаллизуются из расплава в составе ограниченных твердых растворов внедрения, содержащих до 8 % Zr и до 7 % Fe. Кристаллические модификации компонентов не меняются. Железо и цирконий образуют одно химическое соединение, которое имеет формулу FeZr2, плавится без разложения при температуре TS = 1640 °С. 2. Вычисляем состав химического соединения. Так как состав системы выражен в массовых долях, то для вычисления состава химического соединения следует использовать уравнение массовой доли в расчете на 1 моль вещества: xMA ωA = ∙ 100 % xMA + yMB где MA и MB - молярные массы компонентов, г/моль; x и y – стехиометрические индексы при компоненте А и В соответственно. Для соединения FeZr2 мольная доля Zr 2 ∙ MZr 2 ∙ 91 ω𝐹𝑒𝑍𝑟2 = ∙ 100 % = ∙ 100 % = 76 % MFe + 2 ∙ MZr 56 + 2 ∙ 91 3. Описание состояния системы в различных условиях: TплFe – E1 – TS – E2 – TплZr – линия ликвидуса (состав жидкой фазы) TплFe – B – C – D – F – TплZr – линия солидуса (состав твердой фазы) E1, E2 – точки эвтектики I –область жидкой фазы (расплава), система гомогенная. II – сосуществуют расплав и кристаллы твердого раствора циркония в железе (твердый раствор α) III – сосуществуют расплав и кристаллы FeZr2 IV – сосуществуют расплав и кристаллы FeZr2 V – сосуществуют расплав и кристаллы твердого раствора железа в цирконии (твердый раствор β) VI – твердый раствор α VII – сосуществуют твердый раствор α и кристаллы FeZr2 VIII – сосуществуют кристаллы FeZr2 и твердый раствор β IX – твердый раствор β 4. Треугольники Таммана На изотерме BC в равновесии находятся жидкая фаза, кристаллы твердого раствора α (8 % Zr) и кристаллы FeZr2 (76 % Zr). Эвтектический состав в точке E1 можно определить по треугольнику Таммана HBC. На изотерме DF в равновесии находятся жидкая фаза, кристаллы твердого раствора β (93 % Zr) и кристаллы FeZr2 (76 % Zr). Эвтектический состав в точке E2 можно определить по треугольнику Таммана KDF. 5. Состав наиболее легкоплавкой системы характеризуется точкой E1. В этой точке жидкость, содержащая 17 % Zr, находится в равновесии с кристаллами твердого раствора α (8 % Zr) и кристаллами FeZr2 (76 % Zr). Наиболее высокая температура плавления в этой системе у чистого циркония.
