* 3.2.2. Regula de fază
Diferite aliaje sunt caracterizate prin compoziția lor (vol. E. Raportul cantitativ al componentelor). Metalurgia este considerat, de obicei, nu aliaje și sistemele individuale.
System - o colecție de un număr infinit de aliaje formate din aceste metale (și nemetale). În studiul aliajelor metalurgie, care includ mai multe elemente. De aceea, atunci când spunem „sistem de Cu-Zn“ sau „sistem de Fe-Ni“, acest lucru înseamnă că aliajele tratate compus din aceste elemente.
În sistemele complicate, constând din mai multe faze, există interfața dintre faze. In aliajele fazelor pot fi metale pure, lichide sau soluții solide, compus chimic. Fazele difera una de alta în starea de agregare (lichid și solid din aluminiu - două faze diferite), compoziția chimică, adică concentrațiile componentelor din fiecare fază, cristal zăbrele .. (Iron FCC și cci - de asemenea două faze diferite). Componentele pot fi metalele pure (elemente) sau un compus chimic stabil. În componentele metalurgia sub elemente înțelese (metale și nemetale) care formează aliajul. În consecință, metalele pure sunt sisteme cu un component, aliaje de două elemente - bicomponentă, etc ...
aliaje multicomponente diagrama de stat reprezintă cifrele spațiale în bază plană, care este reprezentat de compoziția aliajelor, iar axa verticală reprezintă temperatură. De exemplu, pentru o bază diagramele de fază de aliaj ternar are forma unui triunghi, al cărui laturi este concentrația relativă a componentelor.
În știința materialelor, de obicei, ia în considerare sistemele cu două componente. Deci, vin și, în aceste cazuri, atunci când se ocupă cu aliaje de mai multe componente: sistemul de bază este izolat, iar componentele rămase sunt considerate ca elemente de aliere.
Numărul de grade de libertate. Gradul de libertate este determinată de numărul de variabile independente (de exemplu, temperatura, concentrația de aliaj, presiune), care pot varia între anumite limite, fără a perturba echilibrul. Se numește stare de echilibru a aliajului, care nu se schimbă cu timpul. La echilibru numărul stocat de faze coexistente. Dacă această condiție se poate schimba numai temperatura (o variabilă), atunci numărul de grade de libertate egal cu unu; dacă temperatura și compoziția fazelor trebuie să fie constantă, atunci numărul de grade de libertate egal cu zero.
Legile tuturor modificărilor aduse sistemului, în funcție de condițiile interne și externe sunt supuse regulii de fază. Faza Regula stabilește posibile mai multe faze, precum și condițiile în care acestea pot exista în sistem, adică. E. În aliajul numărului dat componentelor. Regula de fază exprimă raportul dintre numărul de faze, numărul componentelor și numărul de grade de libertate ale sistemului:
unde C - grade de libertate, K - numărul de componente F - numărul de faze coexistente, - factorii variabili externi (temperatură, presiune). Dacă luăm în considerare presiunea constantă, este permisă să ia în considerare sistemele de metal (B = 1), t. E. Dacă factorii externi pentru a lua în considerare numai temperatura,
Luați în considerare cazurile posibile de echilibru pentru sistemele de-o componentă.
În cazul în care un singur sistem component (de exemplu, în termeni de metal), există o singură fază (lichidă sau cristalizată, t. E. Metalul solid), apoi K = 1 și F = 1. Apoi, în conformitate cu (3.2.2), C = 1 + 1-1 = 1 ,. E., există un grad de libertate. Acest lucru înseamnă că este posibil să se încălzească sau răci metalul într-un anumit interval de temperatură, păstrând în faza unică (lichid sau solid).
Dacă punctul de topire în sistem, există două faze (de exemplu, lichid și metal solid), apoi K = 1, F = 2 și, în consecință, C = 1 + 1-2 = 0 ,. E. Nu există grade de libertate audio . Acest echilibru este posibilă numai la o temperatură constantă. În consecință, temperatura de topire și temperatura de solidificare a sistemelor cu un component, cum ar fi metalele pure, este întotdeauna constantă, iar până când nu există o singură fază (porțiunea topită solidă se solidifică la încălzire sau cu răcire parțial lichid), temperatura rămâne constantă.
Cu toate acestea, pentru un aliaj de solidificare sistem de doua componente va avea loc la alte condiții, deoarece L = 2, F = 2, prin urmare, C = 2 + 1-2 = 1 ,. E., există un grad de libertate. Prin urmare, echilibrul dintre faza lichidă și solidă în timpul de solidificare este reținută în intervalul de temperatură (temperatura poate fi modificată). Pe curba ce caracterizează dependența de temperatură a aliajului de timp (curba de răcire), temperatura va începe și la sfârșitul solidificare.
3.2.3 * .Diagramma eutectică de stat
Saline (de exemplu, apă de mare), apa nu ingheata la 0 ° C, și la o temperatură mai scăzută. temperatura de solidificare a soluției în acest caz este mai mică decât cea a solventului pur. Deoarece numărul de temperatură de solidificare solut (până la o anumită limită) scade. La o anumită concentrație de solvent nu este înghețată, iar întreaga întregime soluție; la această concentrație punct mai mică decât oricare alt pour. La o soluție de clorură de sodiu în apă, acest lucru are loc atunci când cantitatea de sare în apă este de 30% în greutate. O astfel de soluție îngheață la -21oS. Soluția acestei compoziții se numește eutectică. și punctul de topire al eutectica se numește punctul eutectic.
În manual [56] eutectică este definit ca un amestec mecanic de cele două tipuri de cristale, în timp ce cristalizeze din lichid. Sarea solidă este practic insolubil în gheață, astfel încât cristalizarea eutectic în ea simultan cristale de sare sunt cristale izolate și gheață care formează un amestec mecanic de cristale de sare și gheață.
Să considerăm sistemul de staniu-plumb (Sn-Pb). De topire 327,5oS Punct de plumb și staniu -232oS. În același timp, temperatura de topire a eutectică Sn-Pb Sn-38,1% Pb (cunoscut sub numele de „marca POS61 de lipire“, numărul 61 corespunde conținutului procentual din staniu în aliaj) este de numai 180 ° C, t. E. Mai mică decât temperatura de topire a pure componente. Și ce se va întâmpla atunci când cositorite încălzit Sn-20% Pb? Atunci când este încălzit peste 180 ° C se obține o soluție apoasă, în care bucăți netopite sunt prezente soluții solide pe bază de plumb. Dacă un așa numit select aliaj hipereutectice, cum ar fi Sn-60% Pb, la încălzire peste 180 ° C pentru a produce o soluție lichidă, care va fi prezent în bucăți netopite de soluție solidă pe bază de staniu. Evident, cantitatea de plumb netopit în primul caz, ca și cantitatea de staniu, în al doilea netopit, determinată de temperatură și va scădea pe măsură ce creșterea acesteia; la o anumită temperatură se obține aliajul topit complet. Pentru a descrie toate situațiile posibile, vom construi următoarea diagramă sunt reprezentate grafic pe axa x a concentrației de plumb, iar axa verticală - temperatura. Pe planul de coordonate în cele din urmă rezultat; amâna începutul temperaturii de solidificare a aliajelor de diverse compoziții (cu diferite concentrații de plumb). Ca rezultat, obținem diagrama prezentată în Fig. 3.2.1.
concentrare orizontală stare diagrama întârziată, verticală - temperatura. Fiecare punct din diagramă corespunde unei anumite compoziții de aliaj, care se află la o anumită temperatură în condiții de echilibru. De obicei, diagrame construite din aliaje binare, cel puțin - aliaje ternare. Folosind diagramele de fază ce determină intervalele de temperatură de topire și transformări polimorfe în aliaje ca fază aliaj are o compoziție dată la o temperatură dată, ceea ce aceste faze, și ce proporțiile relative ale acestora în aliaj. Cum anume se face acest lucru - poate fi găsit în orice manual de materiale (a se vedea segmente de regula, iar regula de fază.). Unele linii de pe diagrama de fază au nume speciale. De exemplu, o compoziție de aliaj dat corespunde liniei verticale - se numește linie de aliaj (Figura 3.2.2.). Curba care definește temperatura peste care aliajul este în stare lichidă se numește linia lichidus. Ea reprezintă locul geometric al punctelor de pe diagrama de fază corespunzătoare începerii solidificare. Curba corespunde temperaturii sub care aliajul este în stare solidă se numește linia solidus. Ea reprezintă locul geometric al punctelor de pe diagrama de fază, capătul corespunzător al procesului de solidificare. Pe diagrama de fază există alte linii foarte interesante, cum ar fi liniile de legătură. line solvus, și altele. Citiți mai familiarizați cu ele pot fi în literatura de specialitate (a se vedea. Lista de referință la sfârșitul capitolului).