9. Построение диаграмм состояния методом термического анализа.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от концентрации и температуры (рис. 4.5)

Рис. 4.5. Диаграмма состояния

Диаграммы состояния показывают равновесные состояния, т.е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии, и поэтому ее также называют диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы.

Равновесного состояния можно достигнуть при бесконечно медленном охлаждении или нагреве

Построение диаграмм состояния наиболее часто осуществляется при помощи термического анализа (который основан на фиксировании тепловых эффектов фазовых превращений). В расплав сплава какого-то состава опускается термопара, соединённая с гальванометром. В процессе остывания череза равные промежутки времени записываются в таблицу показатели температуры до полного затвердевания сплава. По данным точкам для различных составов строятся кривые охлаждения. После построения кривых охлаждения на них фиксируются перегибы, обозначающие выделение тепла на линиях. Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называют критическими точками:

1-начало кристаллизации

2-конец кристаллизации

3-начало фазового превращения

4-конец фазового превращения.

Некоторые критические точки имеют названия, например, точки отвечающие началу кристаллизации называют линией ликвидус, а концу кристаллизации – линией солидус.

По кривым охлаждения строят диаграмму состояния в координатах: по оси абсцисс –концентрация компонентов, по оси ординат – температура.

Шкала концентраций показывает содержание компонента В. Основными линиями являются линии ликвидус (1) и солидус (2), а также линии соответствующие фазовым превращениям в твердом состоянии (3, 4).

По диаграмме состояния можно определить температуры фазовых превращений, изменение фазового состава, приблизительно, свойства сплава, виды обработки, которые можно применять для сплава.

10. Правила фаз и отрезков

Анализ сплавов можно осуществлять с использованием правила фаз: C=К-Ф+1. С – число степеней свободы (число внешних и внутр факторов, которые можно изменять без изменения числа фаз в системе). Изменяться могут t⁰С и состав при постоянном давлении. С=0 (ничего не изм); С=1,=2 (изм t или состояние). К – число компонентов. Компоненты сплава – это чистые хим эл-ты или хим соединения. Ф – число фаз. Фаза – это часть с-мы (часть сплава), имеющая пов-сть раздела, при переходе через которую св-ва меняются скачкообразно.

В данной диагр состояния закономерности можно рассматривать через кривые охлаждения. До т 1 равномерное охлаждение жидкой фазы. В т 1 начинается процесс кристаллизации с выделением из жидкой фазы кристаллов α фазы, изменяется число степеней свободы и на кривой появляется перегиб. Перегиб свидетельствует о выделении тепла. От т 1 до т 2 идет кристаллизация, и в точке 2 жидкой фазы уже нет, следовательно изменилось число степеней свободы, опять перегиб на кривой охлаждения, в т 2 охлаждение идет быстрее, так как нет выделения тепла. Ниже т 2 охлаждение сплава на основе α фазы.

Любой сплав будет иметь такую же кривую охлаждения, но чистые элементы будут иметь другую кривую:

Для чистых сплавов кристаллизация идет при t⁰=const.

Применение правила отрезков.

Правило отрезков позволяет определить: 1) Доли фаз (кол-во фаз) в %; 2) Составы фаз При t₁ в равновесии нах 2 фазы – жидкая и твердая. К_ж=(bc/ac)*100%% К_α=(ab/ac)*100%

Состав жидкой фазы – это т. а, которая проектируется на ось, с – состав α фазы, b – состав сплава в целом.

Если сплав сосоит из одной фазы, то её 100% и отрезки применять не имеет смысла.