Podstawowymi pojęciami, którymi operuje się przy omawianiu układów równowagi, a które już były

używane bez podania ich właściwego znaczenia, są: układ, faza, składnik i stopnie swobody. Wyodrębnioną z otoczenia grupę ciał, będącą przedmiotem badania, nazywamy układem; będzie więc układem np. stop metaliczny, w którym badamy przemiany zachodzące przy nagrzewaniu czy też chłodzeniu. Faza jest jednorodną częścią układu o jednakowych właściwościach fizycznych i jednakowym składzie chemicznym, oddzielona powierzchnią rozdziału od pozostałych części układu. Stop dwu metali nie rozpuszczających się w sobie w stanie stałym, np. żelaza i ołowiu, będzie się składał po zakrzepnięciu z dwu faz: kryształów ołowiu i żelaza. Natomiast stop dwu metali rozpuszczających się nieograniczenie w stanie ciekłym po stopieniu stanowi tylko jedną fazę, tj. ciekły roztwór tych metali. Wszystkie cząstki tej samej substancji, tworzące zawiesinę, uważa się za jedną fazę, pomimo że są oddzielone od siebie powierzchniami rozdziału, gdyż nie różnią się między sobą właściwościami. Składnikami nazywamy substancje proste lub złożone, z których w odpowiednich warunkach mogą powstać wszystkie fazy danego układu. Składnikami mogą być pierwiastki albo związki chemiczne. Niemożliwa jest przemiana jednego składnika w drugi, natomiast poszczególne składniki mogą przechodzić z jednej fazy do drugiej. Związki chemiczne można uważać za składniki jedynie wtedy, gdy nie rozpadają się w rozpatrywanym zakresie temperatur. Jest rzeczą istotną wyraźne rozróżnienie pojęcia składnika i fazy (np. czysty metal w temperaturze topnienia jest układem jednoskładnikowym, lecz składa się z dwu faz, tj. kryształów i cieczy).

Brąz jest stopem złożonym z dwu składników: z miedzi i cyny, a po stopieniu składa się z jednej fazy

ciekłego roztworu obu tych składników.

Ograniczona rozpuszczalność w stanie stałym z przemianą eutektyczną

Układ równowagi fazowej dwu metali A i B, które całkowicie rozpuszczają się wzajemnie w stanie ciekłym, a tylko ograniczenie w stanie stałym, tworząc eutektykę, przedstawiono na rys. 6.7. Oprócz ciekłego roztworu występują wówczas dwie fazy: kryształy roztworu stałego składnika B w składniku A (oznaczone jako kryształy α) oraz kryształy roztworu stałego składnika A w składniku B (oznaczone jako kryształy β). Pionowa linia 2-3 określa graniczną rozpuszczalność składnika B w składniku A, a linia pionowa 5-6 określa graniczną rozpuszczalność składnika A w składniku B. Kryształy α po osiągnięciu składu chemicznego danego punktem 3, a kryształy β — punktem 6, stają się roztworami nasyconymi.

Rys. 6.7. Eutektyka z ograniczoną rozpuszczalnością składników w stanie stałym

Omawiany układ jest jak gdyby połączeniem obu poprzednio poznanych wykresów. Stopy o składach pomiędzy punktami A-3 oraz 6-B krzepną podobnie jak roztwory stałe ciągłe i w stanie stałym zbudowane są z jednorodnych kryształów roztworu α lub β. Tak na przykład krzepnięcie stopu I według rys. 6.7 rozpoczyna się w temperaturze punktu 7 i polega na wydzielaniu się z cieczy, o składzie chemicznym zmieniającym się wzdłuż linii likwidus od punktu 7 do punktu 10, kryształów roztworu stałego β o składzie chemicznym zmieniającym się wzdłuż linii solidus od punktu 8 do punktu 9, aż do całkowitego wyczerpania cieczy.

Środkowa część układu, obejmująca stopy o koncentracji pomiędzy punktami 3 i 6, jest zupełnie podobna do poprzednio omówionego przypadku eutektyki, z tą jednak różnicą, że przy krzepnięciu początkowo wydzielać się będą kryształy roztworu stałego α lub β, w zależności od tego, czy będą to stopy podeutektyczne czy nadeutektyczne. Ponadto linia eutektyczna 2-E-5 nie sięga do pionowych odpowiadających czystym składnikom, jak to było przy całkowitym braku rozpuszczalności w stanie stałym, lecz kończy się w punktach 2 oraz 5, odpowiadających nasyconym roztworom α₂ i β₂ (eutektyka jest więc w tym przypadku mieszaniną obu nasyconych roztworów stałych α i β). Dla przykładu zostanie omówiony przebieg przemian przy chłodzeniu stopu podeutektycznego II według rys. 6.7. Stop taki zaczyna krzepnąć w temperaturze punktu 11. Z cieczy o zmieniającym się składzie chemicznym 11-E wydzielają się kryształy a o zmieniającym się składzie chemicznym 12-2. Po osiągnięciu temperatury eutektycznej stop składa się z cieczy eutektycznej (L_E) oraz kryształów (α₂). Zgodnie z regułą dźwigni ilościowy stosunek tych faz wynosi

W temperaturze eutektycznej z cieczy wydzielają się równocześnie kryształy α₂ i β₅, tworząc mieszaninę eutektyczną. Po zakrzepnięciu stop będzie się składał z pierwotnie wydzielonych kryształów α₂ na tle eutektyki. Przy dalszym ostyganiu żadne zmiany w strukturze stopu już nie zachodzą. Składniki fazowe lub strukturalne, występujące w poszczególnych polach układu, podano na rys. 6.7.