Федеральное агенство по образованию
МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА
КАФЕДРА ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Методические указания к выполнению расчетно-графического задания №2 по дисциплине “Физическая химия” для студентов специальностей 110100, 110400, 110600
Магнитогорск
2012
Составитель Э.В.Дюльдина
При участии ст.гр.ТНБ-11.В.В.Большаков
Диаграммы состояния двухкомпонентных систем: Методические указания к выполнению расчетно-графического задания №2 по дисциплине «Физическая химия» для студентов специальностей 110600, 110800, 111000.
Магнитогорск: ФБГОУ ВПО “МГТУ”.
ВВЕДЕНИЕ
Инженеру, специализирующемуся в области металловедения и термической обработки металлов, необходимо ориентироваться в громадном количестве сплавов, используемых в настоящее время в технике. Он должен знать, как связаны свойства сплавов с их структурой и как методами термической обработки обеспечить необходимую структуру, а значит и свойства металлических изделий.
Первый этап на пути приобретения этих знаний – знакомство с диаграммами состояния металлических систем и методом их анализа.
Диаграммы состояния смешанных систем строят в координатах температура - состав. В ряде случаев, а именно: для металлов, ограниченно растворимых друг в друге, обладающих полиморфизмом и дающих несколько химических соединений, диаграммы состояния сложны. Однако все они (и простые, и сложные) содержат одни и те же геометрические элементы, чередующиеся в определенной последовательности. Это облегчает анализ любой диаграммы состояния.
Настоящие методические указания помогут студентам научиться «читать» диаграммы состояния систем из двух компонентов и познакомят их с расчетом ветвей ликвидуса в простейшей системе с эвтектическим превращением.
Теоретическая часть
1. Диаграммы состояния и физико-химический анализ
Фазовое равновесие в многокомпонентных системах изучают при помощи физико-химического анализа. В основе этого метода лежит исследование зависимостей различных физических свойств смешанных систем от состава.
Частным случаем диаграмм состав - свойство являются диаграммы состояния или фазовые диаграммы. Они выражают зависимость температур равновесных фазовых переходов от состава системы.
По диаграммам состояния можно судить о числе и природе фаз образующихся в системе, и условиях их существования, о температурах начала и конца различных фазовых переходов, совершающихся при изменении температуры, о составах равновесных фаз и количественном соотношении между ними при различных температурах, а также о возможности пластической деформации и термической обработки металлических сплавов.
2. Природа конденсированных фаз и возможное их число
В двухкомпонентных металлических системах конденсированные фазы могут быть жидкими и твердыми.
Жидкие фазы – это расплавы или ненасыщенные растворы одного вещества в другом, т. е. фазы переменного состава. Им на диаграммах состояния удовлетворяют поля. В различных системах общее число жидких фаз может быть разным (рис. 1).
Рис. 1. Диаграммы состояния систем с различным числом жидких фаз
В системе А-В (рис.1, а) компоненты неограниченно растворимы друг в друге и дают одну жидкую фазу – ненасыщенный раствор из вещества А и В, устойчивый в верхнем поле диаграммы.
В системе С-Д (рис. 1, б) с ограниченной растворимостью компонентов две жидкие фазы (Ж1и Ж2). Поля их устойчивости I и II примыкают к граничным вертикалям и разделяются областью расслоения III, где в равновесии присутствуют две несмешивающиеся жидкости. Каждый из растворов Ж1и Ж2обогащен одним из компонентов, он и выступает в роли растворителя. В расплаве Ж1растворитель – вещество С, а в расплаве Ж2– вещество Д.
В системе F-К (рис. 1, в) с химическим соединением М жидких фаз три (Ж1, Ж2, Ж3), поля их существования I, II и III разделены двумя областями расслоения IV и V. В расплаве Ж3преобладает химическое соединение М, оно и является растворителем.
Твердые фазы. Они могут быть трех типов: