ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ

(ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ)

Диаграммы фазового равновесия (диаграммы состояния) - это графиче­ское изображение фазового состава сплава в условиях равновесия в зависимо­сти от температуры и химического состава сплава.

ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ


       
   
 
   

Закономерности существования фаз в состоянии равновесия оп­ределяет правило фаз Гиббса С = К – Ф + 1 (Р = const). С – число степеней свободы (число внешних (Т0) и внутрен­них (состав) факторов, которые можно изменять, не меняя фазо­вого равновесия); К – число компонентов; Ф – число фаз; при К = 2, Ф = 3→С = 0 – нонва-риантное равновесие; Ф = 2→С = 1 моновариантное Ф = 1→С = 2 равновесие

Условие равновесия – минимум сво­бодной энергии Гиббса

Сα, Сβ - составы равновесных фаз

Диаграммы состояния строят экспериментально по кривым охлаждения сплавов. На кривых охлаждения определяют критичес кие то ч к и – те м пе р а -туры перегиба или площадки на кривой, связанные с те пл о в ым эффектом фазового превращения. По ним определяют температуру превращения.


ТИПЫ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ


Компоненты н еограни-ченно растворяются как в жидком, так и в твердом состоянии.

А11В1 ла

линия Т нача-крис тал лиз ации сплавов - ликвидус. А22В, - линия Тиконца кристаллизации спла­вов - солидус. В структуре любого сплава этой системы - утвердый раствор ком­понентов А и В друг в друге.

Схема микрострукту­ры /твердого раствора


Компоненты ограни­ченно растворимы друг в друге в твердом со­стоянии и кристалли­зуются с образованием эвтектики.

а - ограниченный твер­дый раствор В в А. Предельная раствори­мость изменяется по линии СF.

р- ограниченный твер­дый раствор А в В. Предельная раствори­мость изменяется по линии DG.

При температуре tе и
концентрации е обра­
зуется эвтектика -
смесь кристаллов двух
фаз, одновременно кри­
сталлизующихся из
жидкости по эвтек­
тической реакции.


Схема структуры эв­тектического сплава

Ье-^ас+рД.


 

Компоненты зуют друг

обра-с другом химическое соедине­ние АmBn.

АmBn – устойчивое химическое соеди­нение, образующееся при химическом со­ставе сплава, кото­рый отвечает то ч к е

Д7.

а- ограниченный
твердый раствор

В(А).

р- ограниченный
твердый раствор

А(В).

у- ограниченный твердый раствор на базе решетки хими­ческого соединения АщВп.



ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ


В данной системе структура формируется в результате перитектической реакции -выделившиеся из жидкости кристаллы араствора взаи­модействуют с жидкой фа­зой, образуя новую |3фазу.

При температуре 11850С происходит перитектиче-ская реакция

11 85 С

Lc + аа------------- > рь

а - твердый раствор на базе решетки Pt;

р- твердый раствор на базе решетки Ag.


 

Компоненты имеют полиморфное превраще­ние – изменение типа кристаллической ре­шетки при определенной температуре. По­лиморфное превращение вызывает фазовые превращения в тв е р д о м состоянии.

М$ще&тр$ций 8, %

в)

а) полиморфное превращение

А* оА т ; Ва оВр;

Т
А

б) эвтекоидное - распад Ртве рдого раствора

->ad + а е.

в) перитектоидное

Гр+Рс

т

>ак



JДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВА СПЛАВОВ


       
   


Свойства сплавов за­висят от их состава с максимум или мини­мум при составе спла­ва 50 % А и 50 % В.


Свойства меняются в зависимости от состава по кривой линии в области тв е р д ых растворов и по линейному за­кону в двухфазной области.


Свойства сплавов ха­рактеризуются нали­чием максимума при составе сплава, обра­зующего химическое с оединение.


Химический состав фаз любого сплава системы можно определить с по­мощью каноды, а их количество – по правилу рычага.



Пр а в ил о рычага с – то ч к а сплава; acd – канода;

b/ - состав жидкой фазы, L; a/ - состав тв е р д о й фазы, α; QL – ac/ad⋅100% - количе­ство жидкости, %; Qα = cd/ab⋅100 % - количе­ство α фазы, %.



ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

1. Что представляют из себя диаграммы состояния, почему их называют равно­весными?

2. Что так о е компонент сплава?

3. Что та к о е кривая охлаждения; критичес кая то ч к а , что она показывает?

4. Что так о е эвтектика, при каких условиях она образуется?

5. Что та к о е перитектическое превращение?

6. Какие линии диаграммы носят название ликвидус и солидус, линии предель­ной растворимости?

7. Как повлияет на тв е р д о с ть сплава появление в его структуре химического со­единения?

8. Что так о е эвтектоид, каковы условия его образования?

9. Что так о е полиморфное превращение, как оно представлено на диаграммах состояния?

10. Как зависит изменение свойств сплавов от типа диаграмм состояния?

ЗАДАЧИ

Задача № 1

На рис. 5 представлена диаграмма состояния двух компонентов, кристал­лизующихся с образованием эвтектики. Расставить фазы и определить структу­ру сплавов при Т0ком. Зарисовать структуру сплавов при Т0ком. (сплавы 20 % В, 50 % В, 80 % В).

Рис.5 Задача № 2

Для сплава 1 (рис. 5) по дс читать количество фаз и структурных состав­ляющих при температуре tе.


Задача № 3

Определите фазы в сплавах, строение которых показано на рис. 6.


1ТСКТИ]Рис. 6


Задача № 4

Как изменится химический состав фаз в процессе кристаллизации сплава 1 (рис. 7)?



 


 


Задача № 5


Рис. 7


Постройте кривую охлаждения сплава 1 (рис. 7) и проверьте ее по прави­лу фаз Гиббса. Объясните полученные значения числа степеней свободы на разных этапах охлаждения.