Теория1 / Диаграммы

Построение и анализ диаграмм состава, и состав-свойство методами начертательной геометрии.

1.ДИАГРАММЫ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ

Состав двухкомпонентной системы графически изображают с помощью отрезка состава (рис. 1). Если отрезок прямой АВ рассматривать как выражение состава системы компонентов А и В, то точка А соответствует 100% этого компонента, а точка В - 100% компонента В. Любая точка отрезка АВ будет отвечать смеси этих компонентов. Таким образом, точка К этого отрезка будет отвечать составу с содержанием 40% компонента В и 60% компонента А. Длину отрезка принимают равной 10 см.

Диаграмма "состав-свойство" показывает изменение какого-либо свойства системы в зависимости от ее состава. На рис. 2 приведена плоская диаграмма "состав-свойство" для двухкомпонентной системы. На перпендикулярах к отрезку АВ, выражающему состав системы, отложены температуры раствора в градусах. Кривая H1E2F - линия ликвидуса, изображает начало процесса кристаллизации раствора в твердую фазу. Кривая H3E4F - линия солидуса, изображает конец процесса кристаллизации раствора в твердую фазу.

Область между кривыми H1E2F и H3E4F - двухфазное состояние, в котором выделяются кристаллы компонентов А и В, находясь в равновесии с жидкой фазой. Ниже кривой H3E4F система находится в твердом состоянии. Точка Е (эвтектическая точка или эвтектика) - точка одновременной кристаллизации двух компонентов (для двухкомпонентной системы - двойная эвтектика).

2.ДИАГРАММЫ ТРЁХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ

Состав трехкомпонентной системы изображают с помощью треугольника состава (рис. 3), представляющего собой равносторонний треугольник, точки которого отвечают составу трехкомпонентной системы. Длина стороны треугольника равна 10 см. Причём:

а) вершины соответствуют 100%-му содержанию компонентов А, В или С;

б) стороны отвечают процентному составу пары компонентов;

в) точки поля треугольника указывают на процент содержания каждого из трех компонентов системы.

Для удобства отсчета координат на поле треугольника наносится сетка, состоящая из равносторонних треугольников, стороны которых параллельны сторонам данного треугольника. На сторонах треугольника наносят шкалу. При наличии такой сетки можно определить процентное содержание компонентов, соответствующее любой точке треугольника.

Для определения процентного содержания веществ в некоторой точке М (рис. 3) необходимо через эту точку провести прямые, параллельные сторонам треугольника, противолежащим тем вершинам, которые соответствуют 100%-му содержанию веществ А, В, С. Так для определения содержания вещества А проводим прямую, параллельную ВС, и т.д. Выполнив указанные построения, получим, что точке М соответствует 20% вещества А, 30% вещества В и 50% вещества С.

Диаграмма "состав-свойство" для трехкомпонентной системы строится на треугольнике состава. Численная величина, характеризующая свойство, например, температура плавления, откладывается вдоль перпендикуляров к треугольнику состава. Причем, свойство составов обычно изображается поверхностями, ограничивающими треугольные призмы сверху. Так поверхность 1-2-3-M₁ (рис. 4) указывает на температуры начала кристаллизации системы (ликвидус). Поверхность 1-2-3-М₂ отвечает температурам конца кристаллизации системы (солидус).

Анализ диаграмм выполняют методом сечений. Сечение диаграммы "состав-свойство", на которой в качестве "свойства" откладывается температура (например, температура плавления), плоскостью, параллельной треугольнику состава, называется изотермическим, а линии сечения - изотермами.

Сечение диаграммы плоскостью, перпендикулярной треугольнику состава, называется политермическим Причем, если плоскость проходит через одну из вершин, то политермическое сечение будет соответствовать составам с постоянным отношением двух других компонентов системы. Если плоскость политермического сечения параллельна одной из сторон треугольника, то сечение будет соответствовать составам с постоянным содержанием компонента, расположенного против этой стороны.

3.ДИАГРАММЫ ЧЕТЫРЁХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ

Построение диаграмм четырехкомпонентных систем выполняют аналогично построению трехкомпонентных систем. В этом случае вместо треугольника используют тетраэдр состава (рис. 5). В вершинах тетраэдра располагаются чистые компоненты (100%). Ребра, величину которых обычно принимают равной 10 см, выражают составы двухкомпонентных систем. Грани являются треугольниками составов трехкомпонентных систем. Внутреннее пространство отвечает составам четырехкомпонентных систем. Точка, отвечающая искомому составу, легко определяется в пересечении плоскостей, выражающих определенное количество каждого из компонентов.

Рассмотрим пример определения точки, отвечающей составу: а% компонента А; b% - В; с% - С; d% - D. Вначале построим треугольник 1-2-3, отвечающий составам с d% компонента D. Его плоскость (рис. 12.7) отстоит от противолежащей вершине D грани на отрезок, равный d% - D. Затем построим треугольник 4-5-6, отвечающий b% - В. Построение треугольника 7-8-9, отвечающему а% компонента А, позволяет определить точку искомого состава S (как точку, общую для плоскостей этих трех треугольников). Треугольник постоянного с%-го состава компонента С можно не строить, так как величина отрезка с% - С может быть определена из равенства: с%С = АС - а%А - b%B - d%D.