СПЛАВЫ МАТЕРИАЛОВ. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ
В чистом виде, как правило, все материалы находят ограниченное применение. В основном в промышленности используются сплавы металлов. Они обладают более высокими механическими характеристиками (твёрдость, прочность…), лучшими магнитными свойствами, лучшей проводимостью и т.д. Соединения металлов образуют 3 вида сплавов:
1. Сплавы типа механическая смесь. Их получают путём механического перемешивания мелкодисперсного порошка, состоящего из металлов входящих в сплав. Эти сплавы обычно имеют плохие физико-химические свойства.
2. Сплавы типа твёрдые растворы. Эти сплавы получаются на атомно-молекулярном уровне. Различают:
а) Сплавы типа твёрдые растворы внедрения;
б) Сплавы типа твёрдые растворы замещения.
Рассмотрим кристаллическую решётку сплава типа (а):
Рис.9
Рассмотрим кристаллическую решётку сплава типа (б):
Рис.10
Эти сплавы (а) и (б) наиболее лучшие, и широко применяются в промышленности.
3. Сплавы типа химического соединения. Эти сплавы образуются на основе химических реакций. Пример: 
Сплавы и их свойства изучаются на основе построения диаграмм состояний сплавов.
Диаграммы состояния сплавов строятся в зависимости: по оси ординат – температура, по оси абсцисс – концентрация одного компонента в другом.
Диаграмма состояния показывает критическое строение материала, его фазовые состояния, и по ним определяются все физико-механические свойства сплавов.
Диаграммы представляют собой сложные геометрические зависимости.
Рассмотрим диаграммы состояния 1-ого и 3-го типов.
Для построения диаграмм состояния, экспериментально снимаются несколько кривых охлаждения материала в зависимости от концентрации компоненты В в А. От этой концентрации зависят фазовые превращения сплава: зависит температура начала кристаллизации сплава и температура окончания кристаллизации сплава.
Рассмотрим построение диаграммы первого типа для двухкомпонентных сплавов. Эти диаграммы получаются для таких компонентов, когда в жидком состоянии они не ограниченно растворяются друг в друге, а в твёрдом состоянии они образуют сплавы типа механическая смесь.
В качестве сплава возьмём материалы свинец (Pb) и сурьму(Sb).
Рис.11
При 13% концентрации сурьмы образуется одновременная кристаллизация сурьмы и свинца. Шестой график – кристаллизация сурьмы. На основе этих данных строится диаграмма состояния (см. рис.12).
Рис. 12
Исходное состояние компонентов – это жидкое состояние (Ж.С.). Рассмотрим первый расплав при концентрации сурьмы 5%. В точке 1 начинают выделятся зародыши – центры кристаллизации сплава свинца. При понижении температуры до 
(до точки 2), в ней происходит одновременная кристаллизация свинца и сурьмы, т.е. в точке 2 образуется эвтектический сплав. Аналогичный сплав образуется при 12% концентрации сурьмы в свинце. В точке С при 13% концентрации сурьмы получаем чисто эвтектический сплав – сплав типа механическая смесь. Ниже точки 5 образуется жидкое состояние сурьмы со свинцом. Линия АСВ называется ликвидусом – линия начала кристаллизации. Линия DCE называется солидусом – линия окончания кристаллизации.
ВЫВОД: от концентрации компоненты В в А в значительной степени зависят физико-механические свойства сплава.
Рассмотрим построение диаграммы третьего типа. По диаграммам третьего типа происходит кристаллизация сплавов, которые в жидком состоянии неограниченно растворяются друг в друге, а в твёрдом состоянии образуют сплавы типа твёрдые растворы с ограниченным растворением компоненты В в А. Пусть даны две компоненты А и В. Построим кривые охлаждения для компонентов А и В в зависимости от концентрации компоненты В в А (см. рис.13).
Рис. 13
Рис.14
Линия АСВ – линия ликвидуса (линия начала кристаллизации).
Линия AECD – линия солидуса (линия окончания кристаллизации).
Линия ECD – линия эвтектического превращения.
Tэвт - температура, при которой образуется эвтектический сплав типа механическая смесь.
Линия ES – линия максимальной растворимости B в A.
Рассмотрим сплав I:
при понижении температуры в точке 1 будет выделяться α-сплав, т.е. кристаллы. При понижении температуры до точки 2 весь расплав превратится в α-сплав, т.е. в сплав типа твёрдый раствор. Это всё справедливо при малой концентрации компоненты B в A.
Рассмотрим сплав II:
При понижении температуры до точки 3, образуются α-кристаллы, в точке 4 образуется чистый α-сплав. В точке 5 начинает кристаллизоваться компонент B, получаем чисто механическую смесь.
Важно, что при малой концентрации компонента B в компоненте A мы получаем качественные сплавы.
Диаграмма состояния является паспортом материала, и от них зависят все физико-механические свойства материала.
Рис.15
Сплавы железа с углеродом имеющие процентное содержание углерода до 2.14% называются сталями, более 2.14% углерода называются чугунами.