67148

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ. ПРАВИЛО ФАЗ

Лекция

Производство и промышленные технологии

В сплавах: фазами могут быть чистые металлы жидкие или твердые растворы химические соединения. Число степеней свободы Степень свободы определяется числом независимых переменных например температура концентрация сплава давление которые можно изменять в определенных пределах не нарушая равновесия.

Русский

2014-09-04

35.5 KB

0 чел.

Тема № 5

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ. ПРАВИЛО ФАЗ

Система - это совокупность бесконечно большого числа сплавов, образованных данными металлами (и неметаллами).

В металловедении изучают сплавы, в которые входит несколько элементов. Поэтому, когда говорят "система Си-Zn" или "система Fe-Ni", это означает, что рассматривают сплавы, состоящие из этих элементов. В системе Fe-Fe3C изучают взаимоотношение между Fe и химическим соединением Fe3C.

Фазой называется однородная часть системы. В сложных системах, состоящих из нескольких фаз, существуют поверхности раздела между фазами. В сплавах: фазами могут быть чистые металлы, жидкие или твердые растворы, химические соединения. Фазы отличаются одна от другой по агрегатному состоянию (жидкий алюминий и твердый алюминий - две разные фазы), химическому составу, т. е. концентрации компонентов в каждой фазе, типу кристаллической решетки (железо с решеткой о. ц. к. и г. ц. к. -тоже две разные фазы). Число сосуществующих фаз обозначают буквой Ф.

Компонент. Компонентами называют вещества, образующие систему. Компонентами могут быть чистые металлы (элементы) или устойчивые химические соединения. В металловедении под компонентами обычно понимают элементы (металлы и неметаллы), которые образуют сплав. Следовательно, чистые металлы представляют однокомпонентные системы, сплавы из двух элементов - двухкомпонентные системы и т. д. Число компонентов обозначают буквой К.

Число степеней свободы

Степень свободы определяется числом независимых переменных (например, температура, концентрация сплава, давление), которые можно изменять в определенных пределах, не нарушая равновесия. Равновесным называется состояние сплава, которое не изменяется во времени. При равновесии сохраняется число сосуществующих фаз. Если при этом условии можно менять только температуру (одна переменная), то число степеней свободы равно единице; если и температура, и состав фазы должны быть постоянными, то число степеней свободы равно нулю. Число степеней свободы обозначают буквой С.

Закономерности всех изменений системы в зависимости от внутренних и внешних условий подчиняются правилу фаз.

Правило фаз устанавливает возможное число фаз и условия, при которых они могут существовать в данной системе, т. е. в сплаве из данного числа компонентов. Правило фаз выражает зависимость между количеством фаз, числом компонентов и числом степеней свободы системы:

С=К+В-Ф,

где С - число степеней свободы; К - число компонентов; Ф - число фаз;

В - внешние переменные факторы (температура, давление).

Если принять давление постоянным, что допустимо при рассмотрении металлических систем (В = 1), т. е. если из внешних переменных факторов учитывать только температуру, то С =К+1- Ф.

Возможные случаи равновесия для однокомпонентных систем. Если в однокомпонентной системе (например, в чистом металле) имеется одна фаза (жидкий или закристаллизовавшийся, т. е. твердый металл), то К = 1 и Ф = 1. Следовательно С = 1+1-1= 1, т. е. имеется одна степень свободы. Это значит, что можно нагреть или охладить металл в определенном интервале температур, сохраняя его однофазным (жидким или твердым). Это положение известно, так как металл можно охлаждать в жидком виде (от температуры затвердевания), сохраняя в нем однофазное состояние.

Если в момент плавления или затвердевания в однокомпонентной системе имеются две фазы (например, жидкий и твердый металл), то К = 1, Ф = 2, следовательно, С=1+1-2 = О, т. е. не имеется ни одной степени свободы. Такое равновесие возможно лишь при постоянной температуре. Следовательно, температура плавления и температура затвердевания однокомпонентных систем, например, чистых металлов, всегда постоянны и пока не исчезает одна фаза (расплавится твердая часть при нагреве или затвердеет жидкая часть при охлаждении), температура остается неизменной.

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ

Диаграмма состояния представляет собой графическую зависимость состояния сплавов данной системы от их концентрации (химического состава) и температуры. По ней можно установить, какие превращения происходят в сплавах при нагреве и охлаждении, определить, при каких температурах произойдет затвердевание.

Диаграммы состояния строят экспериментальным путем на основе результатов термического анализа, изучения структур сплавов в твердом состоянии, по результатам физических методов исследований.

Диаграммы состояния сплавов

Диаграмма состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы.

Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы.

Диаграмма состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы и перитектику.

Смесь кристаллов в сплаве называется эвтектикой или эвтектической смесью, если она закристаллизовалась из жидкости при температуре более низкой, чем температуры плавления отдельных компонентов, образующих этот сплав, (по-гречески eutektos означает легко плавящийся, легкоплавкий).

Процесс образования новой фазы за счет растворения (расплавления) старой фазы в жидкости называется перитектическим. Температура, при которой происходит этот процесс, называется перитектической.

В момент образования твердого раствора при этих условиях должны существовать три фазы: две, взаимодействующие между собой, и третья -твердый раствор, получающийся в результате этого взаимодействия. Следовательно, в соответствии с правилом фаз образование твердого раствора по перитектической реакции идет при постоянной температуре и на диаграмме состояния ему должна соответствовать линия, параллельная оси состава, а на кривых охлаждения - остановка (площадка).

Линия ликвидуса -  выше температур, образующих эту линию, все сплавы данной пары компонентов находятся полностью в жидком состоянии.

Линия солидуса -  при температурах ниже этой линии все сплавы, состоящие из данной пары компонентов, находятся полностью в твердом состоянии. Между этими линиями часть сплава находится в твердом, а часть - в жидком состоянии.

Для определения относительного количества (массы) сосуществующих фаз и структурных составляющих одного сплава пользуются правилом отрезков коноды.

Конода - это отрезок горизонтальной линии или изотерма, проведенная внутри двухфазной области диаграммы состояния до пересечения с линиями границ двухфазной области.

Правило отрезков коноды. Для определения количества жидкой и твердой фаз сплава по диаграмме состояния:

1. Восстановить перпендикуляр к точке, характеризующей состав данного сплава (т. е. провести линию сплава).

2. При заданной температуре провести коноду - горизонтальную линию (изотерму) до пересечения с линиями ограничивающими данную область.

3. Соотношение между жидкой и твердой частями сплава будет обратно пропорционально отрезкам, на которые линия сплава делит коноду.

4. Для определения количества твердой части сплава надо взять отношение длины отрезка, прилегающего к жидкой части сплава, к длине всей коноды.

5. Для определения количества жидкой части сплава надо взять отношение длины отрезка, прилегающего к твердой части сплава, к длине всей коноды. Поскольку в выражение для количественного определения температура не входит, то правило отрезков верно для любых температур и, следовательно, любых двухфазных областей разных диаграмм состояний.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53178. ПРАВИЛА ГОСТИННОСТІ 43.5 KB
  Арбуз в перекладі з тюркської мови огірок віслюка Ведучий 1 Читання – ось найкраща розвага. А ось прикрасити кімнату плакатами виготовленими власноруч ми можемо. Ось і читання і розвага: загадки – відгадуємо скоромовки – швидко вимовляємо. Ось осінні оси – ось Я пасу осінніх ос Мала Маринка має м’ячик маленький м’ячик м’яко скаче.
53179. В гостях у первой учительницы 30.5 KB
  Дорогие друзья Накануне прекрасного весеннего праздника Международного женского дня мы решили провести устный журнал в вашем классе где ваша учительница Наталья Борисовна была и у многих из нас первой. Итак страница первая Цветы любимой учительнице В весенний день когда все ожидают Прекрасный женский праздник в нетерпенье В семье и в классах обсуждают Какой сюрприз преподнести на удивленье Наталья Борисовна Кроме живых цветов мы дарим Вам особый букет: из сказаний и легенд о цветах художественное чтение на музыкальном...
53180. Учимся интересно, говорим правильно 70 KB
  К таким умениям и навыкам можно отнести следующие: умение фиксировать внимание на фонетических особенностях звучащего слова; умение анализировать свою речь с позиций правильности неправильности и оценки дикции; умение давать аргументированную оценку речи других; умение читать и говорить правильно подражая звучащему образцу; внятно и отчетливо произносить звуки и слова; читать написанное с орфоэпической подготовкой и без таковой; правильно и рационально пользоваться орфоэпическими словарями в которых есть произносительные...
53181. Велика Британія в 19 столітті – народження традицій 929 KB
  Queen Victoria came to the throne as a young woman in 1837 and reigned until her death in 1901. Because of the growth of parliamentary government she was less powerful than previous sovereigns but as queen and empress she ruled over more lands and peoples than any previous monarch. Furthermore, she enjoyed the respect and affection of her British subjects.
53182. Економічний бій 59 KB
  Товар який стихійно виділився з світу товарів щоб відігравати роль загального еквіваленту гроші. Яку функцію виконують гроші якщо їх віддають у банк під процент Чи діє закон попиту на монополістичному ринку Що станеться на товарному ринку з ціною на молоко якщо збільшиться кількість корів і зменшаться доходи споживачів Продовжіть прислів’я: Хочеш втратити друга.дай йому в борг гроші. Командам пропонується згадати прислів’я або приказки про гроші або про працю.
53184. Закріплення теми «Креслення в системі прямокутних проекцій» 43 KB
  Получение изображения предмета на чертеже воображаемыми лучами называют проецированием Изображение предмета на плоскости методом проецирования называют проекцией Плоскость на которой получают проекцию называютплоскость проекции Назовите методы проецирования центральное и параллельное. Какой метод проецирования более простой и удобный для получения проекций в черчении Где используется метод центрального проецирования в изобразительном искусстве. Назовите три плоскости проецирования фронтальная горизонтальная...
53185. Застосування різних способів розкладання многочленів на множники 75.5 KB
  Мета: узагальнити й систематизувати знання, вміння і навички учнів; розвивати пізнавальну активність, логічне мислення, увагу; виховувати культуру математичного мовлення, упевненість у своїх силах.
53186. Піраміди гіпотез – домовини фактів 92 KB
  Тема: Піраміди гіпотез – домовини фактів†Мета: систематизувати знання за темою Пірамідаâ€; розширити й поглибити пізнавальну активність з допомогою створення проблемних творчих завдань; створити змістовну базу для вивчення інших шкільних дисциплін – астрономії фізики біології; сприяти виробленню в учнів бажання і потреби ділового співробітництва взаєморозуміння; розвивати монологічне мовлення учнів загальні трудові уміння. Обладнання: газета Піраміди гіпотез – домовини фактівâ€; альбом кросвордів за темою...