- •Основные положения
- •Правило фаз. Закон Гиббса
- •Правило отрезков для двухфазной области
- •Диаграммы состояний с образованием механической смеси компонентов с эвтектикой
- •Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью компонентов эвтектикой
- •Диаграммы состояния о ограниченной растворимостью компонентов с перитектикой (рис.4)
- •Диаграммы состояния с устойчивыми химическими соединениями
- •Диаграммы состояния с неустойчивыми химическими соединениями, образующимися по перитектической реакции
- •Диаграммы состояния сплавов с превращениями в твердом состоянии (вторичная кристаллизация)
- •Переменная растворимость компонентов друг в друга
- •Полиморфные превращения
- •Комплексная диаграмма состояния
- •Литература
Комплексная диаграмма состояния
Для многих реальных систем диаграммы состояния включают в себя образование твердых растворов, смесей, промежуточных фаз, а также превращений в твердом состоянии. Поэтому целесообразно рассмотреть более сложную диаграмму, состоящую из элементарных диаграмм состояний, рассмотренных ранее.
Пример такой диаграммы изображен на рис. 10. В жидком состоянии компоненты А и В неограниченно растворимы друг в друге. Разбор следует начать с превращений, которые имеют компоненты, образующие систему. Компонент А кристаллизуется при температуре , пря температурах он имеет полиморфные превращения. Компонент В растворяется в компоненте А, образуя твердые растворы .
Компонент В кристаллизуется при температуре . Полиморфные превращения в нем происходят при температурах t6 и t7. Компонент А растворяется в компоненте В и образует твердые растворы и .
Максимум на диаграмме состояний при температуре t8 указывает
на образование - твердого раствора на базе соединения АкBs . Линии 8f и 8а'1 показывают на то, что фаза существует в интервале концентраций fа'1
Затем следует определить фазы, которые могут быть образованы в результате перитектической и перитектоидной реакций. В нашем случае в результате перитектических реакций происходит образование соответственно фаз:
на линии bdp
на линии
на линии
Определив однофазные состояния, следует заполнить двухфазные области, пользуясь правилом отрезков. Для этого, например, для сплава I при температуре провести горизонталь до ближайших линий этой двухфазной области. Точки пересечения коноды с ближайшими линиями диаграммы состояния К и m указывают на то, что в данной двухфазной области будут фазы и Ж. Пользуясь правилом концентраций можно определить концентрации этих фаз. Для этого точки К и m следует спроектировать на линию концентраций. Концентрация - фазы соответствует точке К' . Это значит, что в ней количество компонента В определяется отрезком Ак', а количество компонента А - отрезком к'В. В жидкости компонента В больше, чем в - фазе и его количество определяется отрезком к'В. Количество компонента А в жидкости определяется отрезком m’B.
Дня построения структурной диаграммы следует учесть в ней эвтектические, эвтектоидные превращения и переменную растворимость в твердом состоянии.
В нашем случае на линиях aec и происходят эвтектические превращения. В первом случае жидкость распадается с образованием эвтектики Э1 cстоящей из и АмВn Во втором -жидкость кристаллизуется в Э2, состоящую из и .
Твердый раствор на линии эвтектоидного превращения распадается с образованием эвтектоида Э3, состоящего из и . Так как в состав Э2 входит твердый раствор , он на линии эвтектоидного превращения перейдет в Э3. При температурах ниже эвтектоидной, эвтектика превращенная - будет состоять из и Э3.
При концентрации сплавы будут состоять полностью из Э1, и Э3. В заэвтектоидных сплавах, ранее эвтектики Э1 кристаллизуются из жидкости крупные избыточные кристаллы. В доэвтектических сплавах кристаллизуются избыточные кристаллы твердого раствора , а в заэвтектических сплавах - химического соединения
Соответственно в доэвтектических сплавах концентрация до эвтектики Э2 кристаллизуются крупные кристаллы , а. в заэвтектических сплавах — твердого раствора .
Далее следует рассмотреть линии переменной растворимости. Линия bn указывает на переменную растворимость компонента В в твердом растворе . При температуре растворимость компонента В определяется отрезком Аb' , а при температуре t0 отрезком Аn. В результате из - твердого раствора выпадают мелкие кристаллы - фазы - .
В сплавах концентрации b'd'. (сплав I) из - твердого раствора также выделяются вторичные кристаллы . Поэтому в этой области будут присутствовать три структурные составляющие. Крупные первичные кристаллы кристаллизуются из жидкости в интервале температур 9 - 10. На линии перитектического превращения bdр образуются крупные кристаллы . В интервале температур 10-11 из - твердого раствора выделяются вторичные кристаллы .
По линии по аналогии из твердого раствора кристаллизуются вторичные кристаллы , В заэвтектических сплавах из крупных избыточных кристаллов также будут выделяться кристаллы .
Заполнение диаграммы ниже температуры эвтектоидного превращения в сплавах концентрации производится с учетом эвтектодного превращения - распада твердого раствора в эвтектоид Э3. Эвтектика Э2 состоящая из , перейдет в , представляющую собой смесь, состоящую из и Э3 . Поэтому сплавы концентрации состоят из , сплавы концентрации - из Э3 + и сплавы концентрации - из B+Э3.
Построение кривой охлаждения для сплава I проводится в координатах температура - время. Пересечение сплава I с наклонной линией t1р на диаграмме в точке 9 указывает начало кристаллизация фазы. Выделяющееся тепло кристаллизации понизит темп охлаждения. На кривой охлаждения появится перегиб. Перитектическое превращение на линии bdp (точка 10) происходит при постоянной температуре С = К - Ф + 1 = 2 - 3 +1 = 0. На кривой охлаждения это будет площадка 10-10’, величина которой определяется по треугольнику Таммана (10-10’).
Для построения схемы кристаллизации сплава делаются условные обозначения фаз и структурных составляющих. Например, в сплаве I кристаллы - светлые, а - темные. Вторичные кристаллы , кристаллизующиеся в интервале температур 10-11, более мелкие, чем кристаллы , образовавшиеся по перитектической реакции. Для определения концентрации фаз в сплаве I при температуре проводим поводу до ближайших лиши диаграммы состояния и получаем точки К и m. Проекции этих точен К' m’ в показывают концентрации - фазы и жидкости.
Фаза содержит в процентах Aк’ компонента В и k'В компонента А. В жидкости количество компонента А соответствует отрезку т’B, а компонента В - отрезку Аm'. Количество жидкой и - фаз при данной температуре определяется из соотношений:
Для выполнения домашнего задания студенту ведается "слепая" диаграмма состояния без указания фаз и структур. В соответствии с методическими указаниями необходимо:
1. Определить однофазные состояния - твердые растворы и химические соединения.
2. Заполнить двухфазные области диаграммы и тем самым получить фазовую диаграмму состояния.
3. Учитывая эвтектические, эвтектоидные превращения и переменную растворимость в твердом состоянии указать структурное строение сплавов.
4. Построить треугольника кристаллизации Таммана.
5. Для заданного сплава построить термограмму (кривую охлаждения), на которой указать превращения, которые происходят в сплаве. Применить правило фаз (закон Гиббса).
6. Обозначив фазы и структурные составляющие, построить схему кристаллизации для заданного сплава.
7. В соответствии с правилом отрезков (рычага) определить концентрации фаз при заданной температуре для данного сплава.
8. По правилу отрезков определить количественное соотношение этих фаз.
Работа выполняется мягким карандашом, так как в процессе работы и изучения диаграммы возможны изменения, связанные с неправильным заполнением.