Диаграммы состояния

Диаграммы состояния

• Диаграмма состояний Диаграмма фазового равновесия в виде диаграммы состояния, или удобного графика, показывает фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации. Диаграмма состояний строится для равновесных состояний или состояний, достаточно близких к ним. Равновесное состояние соответствует минимуму свободной энергии.

Это условие может быть достигнуто только очень низкой скоростью охлаждения или длительным heating. In в связи с этим, рассматривая фазовую диаграмму, можно определить фазовый переход в условиях очень медленного охлаждения или нагрева. В реальных условиях истинное равновесие редко достигается achieved. In в подавляющем большинстве случаев сплавы находятся в метастабильном состоянии, то есть в состоянии ограниченной устойчивости и перехода в другие, более стабильные состояния под воздействием внешних

факторов. Это означает, что свободная энергия больше минимальной. Людмила Фирмаль

Для практических целей важно придавать сплаву механические или другие свойства, в которых метастабильное состояние часто бывает high. In в этом случае материаловедению необходимо разработать режимы термической или иной обработки, которые могут обеспечить оптимальный набор характеристик, установить природу метастабильного состояния и получить эти неравновесные состояния. Отправной точкой для решения этих задач является знание диаграммы фазового равновесия.

Правила проведения этапа. Диаграмма фазового равновесия характеризует конечное или конечное состояние сплава, то есть состояние, полученное после того, как все их превращения произошли и полностью завершены. Это состояние сплава зависит от внешних условий(температуры, давления) и характеризуется количеством и концентрацией образующихся фаз. Закономерность изменения числа фаз в гетерогенной системе определяется фазовыми правилами. Фазовое правило устанавливает связь между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз C и выражается формулой C-K + 2-F.

• Где C-число степеней свободы (или дисперсии) системы. K-количество компонентов, составляющих систему, т. е. минимальное количество химических элементов, необходимых для образования любой фазы системы. 2-число внешних факторов; F-число! Он находится в состоянии равновесия. Число степеней свободы (изменчивость системы) позволяет понять возможность изменения температуры, давления и концентрации без изменения количества фаз в равновесном состоянии.

При изучении физико-химических равновесий внешними факторами, влияющими на состояние сплава, считаются температура и pressure. So … Если изменить правила перехода фазы на металл, то во многих случаях температура меняется, поэтому можно принять только 1 внешний фактор. Это связано с тем, что он мало влияет на фазовые равновесия твердых и жидких сплавов, за исключением того, что давление очень высокое. Уравнение принимает вид: С=К+ 1-Ф. Поскольку число степеней свободы меньше нуля и не может быть десятичным, К — + 1, Ф<К+ 1 или число фаз в

сбалансированном сплаве не может быть больше числа компонентов плюс 1. Людмила Фирмаль

As в результате в 2-х ступенчатой системе она находится в состоянии равновесия вплоть до 3-х фазного, а в 3-х фазной системе она меньше 4-х фазного. Если система с определенным числом компонентов имеет максимальное число фаз в равновесии, то число степеней свободы в системе равно нулю (C = 0).Такое равновесие называется инвариантным (одномерным).При инвариантном равновесии сплав из определенного числа фаз может существовать только при совершенно определенных условиях: определенной температуре и определенном составе всех фаз в равновесии. То есть преобразование начинается и заканчивается при постоянной температуре.

Если вы уменьшите число фаз до 1 для максимально возможного числа степеней свободы, увеличьте 1 (C = 1).Такая система называется одномерной (univariate). При C = 2 система двумерна (двумерна). Равновесие 2 компонента systems. As уже упоминалось, что равновесное состояние — это минимум свободной энергии. Только эти физические процессы происходят спонтанно в системах, где свободная энергия уменьшается. Если сплав состоит из 1 фазы, например, жидкости или твердого раствора, то свободная энергия (Еж, га) при постоянной температуре и давлении зависит от природы и состава его (то есть фазы) (рис.33, i).

Если показано на рис. 33а, то твердый раствор стабилен, поскольку его свободная энергия (FK) ниже, чем у жидкой фазы(Hedgehog).Если система (сплав) состоит из 2 или более фаз, то при постоянной температуре и давлении ее свободная энергия определяется в соответствии с правилами смешивания (рис. 33.6). точка FC (рис. 33.6), характеризующая свободную энергию сплава I-состава Сс, лежит на прямой линии, соединяющей точки (ÅA и ÅP), характеризующие свободную энергию а-фазы и Р-фазы, и делит эту линию на отрезки, обратно пропорциональные массе. Если фазы А и Р, образующие эту систему, могут изменять ее состав, то свободная энергия Концентрация каждой фазы изменяется в зависимости от концентрации, как показано на рисунке. 33, С. 

Состав фазы, находящейся в равновесии при заданной температуре, соответствует точкам Ca и Cp(рис.33, в). 2-фазное состояние соответствует концентрации в Ca и Cp. Свободная энергия смеси 2 фаз состава а ’СР и состава Р С-Р, которая определяется непосредственно током АВ, меньше свободной энергии отдельных фаз. Композиция, имеющая концентрацию ниже C ’в равновесных условиях, состоит только из сплава более высокой концентрации, чем Cp из фаз a и P. В 2-компонентных системах при определенных условиях, например инвариантном равновесии (с-0), 3 49F. Рисунок 33.Зависимость свободной энергии(термодинамического потенциала) от состава сплава Фаза в виде жидкой фазы и 2 твердых растворов.

Изотермы свободной энергии, зависящие от состава в данном случае, показаны на рисунке. 33, г. состав фаз в равновесном состоянии определяется проекцией концентрационной оси точек контакта линии ABC на кривые Gu и Fti(точки Ca, Su и Cp). Он может существовать при данной температуре в состоянии равновесия(см. рис. 33, г).1 фаза а сплава с концентрацией менее Cy.3 фазы A, P и y сплава имеют концентрации в Cy-Ср, а состав, соответствующий точкам ся, Су и СР (изменение состава от Ca до СР не изменяет состав равновесной фазы, а только приводит к изменению количественного соотношения между фазами); 1 p; фаза стабильна при более высокой концентрации, чем Используя кривую свободной энергии » можно геометрически построить основной тип диаграммы состояния. Обычно фазовая диаграмма строится экспериментально, а для анализа экспериментальных данных используются термодинамическое равновесие и фазовый закон.

Диаграмма состояния строится в координатах температуры-концентрации в массовых% или реже в атомных процентах 1. для удобства весовой процент используется чаще, но при установлении характера образующейся фазы необходимо использовать атомный процент. Термический Анализ 50 ′ используется для создания фазовой диаграммы, особенно для определения температуры затвердевания. Для этого экспериментально получают кривые охлаждения отдельных сплавов, а температуру соответствующих превращений определяют по изгибу или остановке, связанным с тепловым эффектом превращения. Эти температуры называются критическими points. To для изучения превращений в твердом состоянии используются различные методы физического анализа: микроанализ, рентгеновская дифракция, дилатометрия, магнетизм и др.

Смотрите также:

Решения задач по материаловедению

Процесс кристаллизации сплавов	Химические соединения
Диаграмма состояния сплавов, образующих неограниченные твердые растворы	Гетерогенные структуры