Файл: Бунин К.П. Анализ фазовых равновесий и кристаллизации металлических сплавов учеб. пособие по курсу Металлография.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.07.2024
Просмотров: 79
Скачиваний: 0
Рис.4
- 14 -
для жидкого раствора, правее Cg - участком <5? - кривой для твер
дого раствора, а в интервале Cj - С 2 термодинамический потенцваж лежит на касательной, проведенной к кривым К и Ж. В интервале сос
тавов Cj - С 2 |
минимальное значение термодинамического потенциала |
||||||
втег: смесь I + К, концентрации которых определяются точкой Cj |
|||||||
( для жидкого раствора ) и точкой С 2 |
(для твердого раствора). |
||||||
При указанных составах в сосуществующих растворах одинаковы |
|||||||
химические потенциалы компонента А / |
. .л |
., |
|
||||
- |
ЛЛ/д / и компояен- |
||||||
/( |
|
|
Ж. |
J |
|
У |
|
та Б / J£6 |
= |
JLC6 |
|
/. |
|
|
|
При температурах ниже точки плавления легкоплавкого компонен |
|||||||
т а / Т кеде Тд / |
J£ |
- |
кривые жидкости леаат выше |
- кривых |
твердого раствора /рис. 4,в/. Таким образом, для рассматриваемой системы поле диаграммы состояния разделено на три области /рис.
4,г/. Выше все сплавы устойчивы в жидком состоянии, а ниже
Т А - Б кристаллическом. В интервале температур Т А - Tg сплавы в зависимости от состава могут находиться в жидком состоянии, в
кристаллическом или жидко-кристаллическсм состояниях. Двухфазная /К + ii/ область ограничена сверху линией ликвидус, выше которой устойчиво жидкое состояние, а снизу - линией солидус, ниже которой сплавы находятся в кристаллическом состоянии. В пределах этой области в равновесии сосуществуют два раствора - жидкий и твердый, равновесный состав которых в изотермических уровнях строго опре делен. Для нахождения их состава необходимо провести изотерму до пересечения с линиями ликвидус и солидус. Отрезки этой изотермы, называемые конодами, соединяют составы сосуществующих фаз. Точка пересечения изотермы с линией ликвидус характеризует состав жид кого раствора, с линией солидус - состав твердого раствора. При этих составах химические потенциалы компонентов в сосуществующих фазах одинаковы, что и является условием равновесия. При Т = Т 2 ,
Б равновесии находятся жидкий раствор состава Cj и твердый раст-
- 15 - зор состава С<>. Количественное соотношение фаз при этой температу
ре определяется с помощью правила отрезков. Ь сплаве С0 , например, оно составляет: _,R Г)
Тс. -что равновесие в двухфазной области реализуется только
з.щ определенных составах сосуществудаих фаз, следует и из пра вила фаз. Если в однофазной области число степеней свободы рав но двум /С = 2+1-1=2/ и независимо модно менять температуру и конлентрашю без изменения фазового состава, то в двухфазной области число степеней свободы равно единице /С = 2+1-2=1 /. Произвольно можно менять только один параметр - температуру или состав одной из Фаз. Следовательно, при Т2 , например, двухфазное равновесие в системе реализуется при строго определенных составах жидкого /Ст / я твердого /С0 / растворов.
-Чеограниченная растворимость компонентов в жидком и твердом состояниях может реализоваться и при другом размещении с£г - кри вых. Кривые изменения термодинамических потенциалов фаз могут пеаесекать друг друга дважды, как показано на рис. 5 и 6. В этом :хяучае пересечение кривых может происходить и вне интервала темаепатур плавления компонентов. При подобном размещении <5г - кри вых диаграммы состояния имеют максимум /тис.5,г/ или минимум эис. 6,г/ при составах сплава С0 .
*овма диаграмм усложняется, если кривые изменения термодина- «ичесхого потенциала растворов имеют вид» представленный на рис. "* я 8.
5сли в двухкомпонентной системе подобную концентрационную за висимость термодинамического потенциала имеет твердый раствор, диь- "ваммы состояния приобретают форму, показанную на рис. ?,д ж 8,д.
- 16 -
Диаграмму первого типа /рис. 7,д/ называют эвтектической, второго /рис. 8,д / - перитектической.
Диаграмма эвтектического типа встречается, если компоненты не сил?но отличаются температурами плавления. Как и ранее, выше
точки плавления тугоплавкого кошонента Tg Jt: - кривые жидкого /ж/ и твердых / оС и уй\ / растворов размешаются так, как пока-
зано на рис. 7,а. С понижением температуры кривые поднимаются вверх по разному и при Т = Т £ пересекутся на вертикали Б. Ниже Tg точка
лересечения кривых смещена влево. Ниже Тд J£ - кривые жидкости в твердых растворов пересекаются дважды. Размещение <Й: - кривых
для Т 2 , например, показано на рис. 7, б. Зависимость термодинами ческого потенциала от состава для сплавов, находящихся в состоянии устойчивого равновесия, показана на рис* 7,6 жирной линией. Видно, что при Т 2 сплавы левее Cj находятся в состоянии твердого раст
вора оС , сплавы интервала С т - С 4 в жидко-кристаллическом / I +
+ |
аС /, сплавы интервала С 4 |
- Cg - жидком, сплавы с става Cg - Cg |
|
- |
состоят из жидкости и J5 |
- твердого раствора и сплава |
правее |
Cg - из твердого раствора J$ . |
|
||
|
Если сплавы находятся в двухфазной состоянии, составы |
сосу |
|
ществующих фаз определяются точками касания прямой с J£ - кривы |
|||
ми. Так, сплавы интервала C j - С 4 состоят as <?С - раствора |
сос |
тава Cj И жидкого раствора состава С4 , а сплавы интервала Cg - Cq
состоят из J$ - раствора состава Сд ж жидкого раствора |
состава Cg. |
Размещение £ - кривых при Т = Т 3 показано ва рис. 7,в . В |
|
этом случае можно провести общую касательную к кривой |
жидкого |
раствора и обеим впадинам кривой твердого раствора. Из размещения о? - кривых следует, что сплавы, состав которых лежит левее Сд,
однофазны и состоят из об - кристаллов, а правее С^ - |
из |
-кри |
сталлов . Сплавы интервала С3 - Сг, могут состоять из 3 |
-х фаз -оС % |
- 18 -
^iC и p . Химические потенциалы одноименных атомов при этой
"•емпературе во всех трех фазах одинаковы и фазы находятся в рав новесии. Б этом случае число степене* свободы в изобарических ус
ловиях С = 2+1-3=0 - равновесие является безвариантным. Оно оеализуется при определенной температуре и определенных составах
сосуществующих фаз. Составов - раствора - жидкости - Сг ,
раствора j5 - Сг,. Подобное равновесие двух твердых фаз и одной жидкой, состав которой лежит между составами твердых фаз, называ ют эвтектическим. Эвтектическими называют и температуру этого рав новесия и состав жидкости.
Ниже эвтектической температуры все сплавы независимо от сос
тава .устойчивы в кристаллическом состоянии. Термодинамический по тенциал их характеризуется жирной линией (рис. 7,г).
Кривые изменения термодинамического потенциала могут разме
шаться так, что при некоторых температурах состав жидкого раство ра не находится между составами твердых растворов. Под' 1ная ситув- "зия представлена на рис. 8. Ппи Т = Т 3 /рис. 8,в / в системе также существует трехфазное равновесие, в котором участвуют две твер
дые фазы I cL и J6 / и одна жидкая / Ж /. Составы этих фаз оп
ределяются соответственно точками Cg , Сг, и Сц. Б этом случае,
как и при эвтектическом равновесии, число степгней своооды равно нулю. Подобное трехфазное равновесие называют перитектическим.
Диаграммы состояния перигектического типа /рис. 8,д / встре чаются чаше в системах, компоненты которых имеют сильно различаю щиеся температуры плавления. Ь отличие от эвтектической линии, ни же которой все сплавы находятся в стабильном кристаллическом состо янии, перитектическая линия таким свойством не обладает: при
'рис. 8,г / например, сплавы левее Cj остаются жидкими, а сплавы интервала Cj - С2 жидко-кристаллическими. Лишь сплавы состава пра-
- 20 -
вее С 2 состоят только из кристаллических фаз, причем, в интервале
с 2 |
~С 4 о |
н и |
с о с т о я т из об - раствора, С 4 - Cg - они двухфазна /оС + |
|
+ |
j5 |
I |
и правее Cg - состоят из кристаллов ^ |
- раствора. |
|
Если металлы не обладают полной растворимостью в жидком сос |
|||
тоянии, то вид диаграмм усложняется, На рис. 9 |
приведены верхние |
части диаграмм состояния для подобного случая. В области, ограни
ченной пунктирными линиями, происходит расслоение на две жидкие
фазы / I j и JEg /. При высоких температурах расслоение жидкого раст
вора может устраняться. При температурах, соответствующих горизон тальным линиям ЗИК и ГДЕ возможны трехфазные равновесия. В системе,
представленной на рис. 9,6 |
, в равновесии находятся oL. - твердый |
раствор и два жидких / I j |
и I g /. Состав их соответственно С3 , С Е |
и Ск . Подобное безвариантное равновесие называют монотектичеекам. 3 трехфазном равновесии, реализующемся на горизонтали Г Д Е /рис.
9.а |
/. участвуют две жидкие фазы состава Cj, и |
Cg , и одна твердая |
~ |
состава Сд . Это безвариантное равновесие |
называг" синтактиче |
ским. Кривые изменения термодинамического потенциала фаз для слу
чая диаграмм с монотектикой и синтектикой предлагается читателю
начертить самостоятельно.
Если сплавляемые компоненты неизоморфны, т.е. имеют упаков ку атомов разного типа, кривая изменения термодинамического потен-
лиала испытывает разрыв. На рис. 10,а,о,в показано изменение тер-
•одинамического потенциала для этого случая, а на рис. 10,г - диа грамма состояния. Области однофазного твердого состояния могут бить настолько узкими, что при выбранном масштабе жх нельзя показать же
диаграмме. На диаграммах состояния в этом случае вместо твердых эастворов часто указывают чистые компоненты /например, на диаграм ме юте. 10,г ниже эвтектической линии указывается не об +j& сос тояние, а-А + Б/. Однако это идеализация. Во всех реальных случаях
растворимость имеется. При большом несходстве атомов лз vft сдав
лена дефектностью кристаллического строения.
Всистемах полиморфных компонентов фазовое состояние меняется
ив свгчи с перекристаллизацией. Если сплавляемые компонента мало растворимы в твердом состоянии, термодинамические потенциалы флв,
основанных на различных модификациях компонентов А и Б, изменяжввя
так, как показано на рис. II,а,б,в и диаграмма состояния имеет вид, представленный на рис. I I , внизу. В этом случае температура полиморфного равновесия не зависит от состава сплава.
Растворимые компоненты изменяют температуру полиморфного рав новесия твердого раствора. В системе, представленной на рис. 12, полиморфным является компонент Б, а добавки компонента А снижают
температуру устойчивости низкотемпературной модификации компонен та Б. При этом однофазные области cL - и J5 - модификаций разделе
ны не горизонтальной линией, как это имело место на диаграмме ряс.
I I , а двухфазной областью MTj^H. Взаимное расположен* кривых из
менения термодинамического потенциала твердых растворов при рав ных температурах представлено на рис. 12,а,0,в.
При наличии полиморфизма сплавляемых компонентов могут иметь
место и трехфазные равновесия в сплавах. Эти состояния реализуют ся в условиях, соответствующих горизонтальным линиям К М Н /рже. 13,а / и М К Н /рис. 13,б/. В обоих случаях в равновесии находятся "•пи типа твердых растворов: oL-t - раствор Б в низкотемпературной модификации A, cLz - раствор А в низкотемпературной модификации £,
JS - раствор высокотемпературных модификаций А ж Б.
При наличии трех фаз в двухкомпонентной системе равновесие -эезвариантно /С=К+1-Ф=2+1-3=0/ и реализуется в изотермических условиях при определенных составах сосуиествуюшх фаз - ©^/ Л - , оСлн
я/5м • По аналогия с эвтектическим я перитвктжчеепш раввоивси
пи, рассмотренными ранее, трехфазное равномс м oCf + |
+ oLz |