Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение фазового состояния сплавов данной системы в зависимости от температуры и концентрации компонентов (химического состава сплава). Диаграммы состояния играют важную роль в теории и практике материаловедения. С их помощью можно исследовать фазовые и структурные превращения сплавов, анализ диаграмм дает возможность предвидеть изменение свойств сплавов и назначать оптимальные режимы термической обработки.
Диаграммы строят для равновесного состояния сплавов, которое соответствует минимальному значению свободной энергии системы. Такое состояние достигается при малых скоростях охлаждения или нагрева. Диаграммы состояния сплавов строят в координатах «концентрация компонентов-температура». Температуру откладывают по оси ординат, а концентрацию компонентов - по оси абсцисс. Причем слева направо увеличивается количество компонента В, а справа налево — компонента А.
Таким образом, в начале координат находится чистый компонент А (абсцисса равна нулю - содержание компонента В = 0%); при значении абсциссы, равному 100%, имеем чистый компонент В (рис. 1). Общее содержание компонентов в сплаве равно 100%, каждая точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию обоих компонентов.
Например, точка С характеризует сплав, в котором содержится 40% компонента В и 60% компонента А, а точка D - сплав, в котором 60% компонента В и 40% компонента А.
Для построенияг диаграмм состояния сплавов используют данные, полученные с помощью кривых охлаждения, построенных для серии сплавов, состоящих из одних и тех же компонентов, но имеющих неодинаковый химическим состав.
Для построения диаграмм состояния сплавов используют метод термического анализа. Он заключается в экспериментальном построении кривых охлаждения сплавов известного состава, с помощью которых определяют критические точки сплава. Кривую охлаждения строят в координатах «температура (T) — время (τ)», снимая через равные промежутки времени значения температуры. При этом охлаждение сплава должно быть медленным, что обеспечивает его равновесное состояние при всех температурах.
Критические точки сплава — это температуры, при которых происходят структурные превращения в сплавах. На кривых охлаждения сплавов они выявляются в виде перегибов или площадок, свидетельствующих об изменении темпов охлаждения, что связано с выделением скрытой теплоты кристаллизации.
Простейшие диаграммы состояния двухкомпонентных систем можно разделить на три основных типа: диаграммы состояния сплавов, компоненты которых в твердом состоянии образуют смеси; твердые растворы и химические соединения.
Диаграммы состояния ряда сплавов могут содержать элементы названных простейших диаграмм состояния. Это могут быть, например, диаграммы с частичной растворимостью компонентов. При определенных концентрациях компонентов образуются твердые растворы, а при других-смеси этих твердых растворов.