Лекция 3 Теория сплавов Диаграммы состояния Определения

Лекция 3. Теория сплавов. Диаграммы состояния

Определения • Система – группа тел выделяемых для наблюдения и изучения. В металловедении системами являются металлы и металлические сплавы. Чистый металл является простой однокомпонентной системой, сплав – сложной системой, состоящей из двух и более компонентов. • Компоненты – вещества, образующие систему. В качестве компонентов выступают чистые вещества и химические соединения, если они не диссоциируют на составные части в исследуемом интервале температур. • Фаза – однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностного раздела, при переходе через которую структура и свойства резко меняются. • Вариантность (число степеней свободы) – это число внутренних и внешних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения количества фаз в системе.

Правило фаз Фазой называется однородная часть системы, имеющая одинаковый состав, одно то же агрегатное состояние и отделяющееся от остальных частей системы поверхностями раздела. Число степеней свободы (вариантность) системы это число внешних и внутренних факторов (t, P и концентрация С%), которые можно изменять, не изменяя число фаз в системе. f=n-Ф+2 f - число степеней свободы; n - число компонентов; Ф - число фаз. Если давление не учитывать: f = n - Ф + 1 1. f=1 -1+1=1 система одновариантна Мы можем изменить температуру, сплав Останется жидким. 2. И 3. f=1 -2+1=0 система безвариантна Любое изменение вызовет изменение числа фаз

Строение и свойства сплавов 1. Механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. 2. Химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными. 3. Твердые растворы - это твердые фазы, в которых соотношения между компонентами могут изменяться. Характерной особенностью твердых растворов является: наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя. a. с неограниченной растворимостью компонентов; b. с ограниченной растворимостью компонентов. a. замещения; b. внедрения; c. вычитания.

Кристаллическая решетка химического соединения Кристаллическая решетка твердых растворов замещения (а), внедрения (б)

Физико-химический анализ Схема установки для изучения процесса кристаллизации термическим методом. 1 – печь, 2 – тигель, 3 – расплав, термопара, 5 – вольтметр (гальванометр)

Диаграммы состояния представляет собой графическое изображение состояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от концентрации и температуры По кривым охлаждения строят диаграмму состава в координатах: по оси абсцисс – концентрация компонентов, по оси ординат – температура.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии Число компонентов – 2 (А, В) Число фаз – 2 (жидкая, кристаллы твердого раствора) Основные линии cad линия ликвидус , состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке cbd линия солидус, c эвтектический сплав Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение любого сплава в зависимости от концентрации и температуры. ликвидус солидус

Применение правила отрезков применяется для определения количественного соотношения фаз, находящихся в равновесии при данной температуре. • для определения количества твердой фазы необходимо взять отношение длины отрезка, примыкающего к составу жидкой фазы, к длине всей коноды. α = [ ( t 1 m ) / ( mn) ] * 100 % • для определения количества жидкой фазы берется отношение длины отрезка, примыкающего к составу твердой фазы, к длине коноды. L = [ ( t 1 n ) / ( mn ) ] * 100 %

Диаграммы состояния с отсутствием растворимости (механические смеси) e с f Число компонентов – 2 (А, В) Число фаз – 3 (жидкая, кристаллы компонента А и В) Основные линии aсb линия ликвидус , состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке ecf линия солидус, c эвтектический сплав Эвтектика - мелкодисперсная механическая смесь разнородных кристаллов, кристаллизующихся одновременно при постоянной, самой низкой для рассматриваемой системы, температуре

Диаграммы состояния с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (c эвтектикой) e f 1. Число компонентов – 2 (А, В) 2. Число фаз – 3 (жидкая, кристаллы твердых растворов α (раствор компонента В в А) и β (раствор компонента А в В) Основные линии 1. a 3 b линия ликвидус , состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке 2. adcb линия солидус, состоит из трех участков 3. de линия предельной концентрации компонента В в А 4. cf линия предельной концентрации компонента А в В Структура, состоящая из механической смеси двух (или более) твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава, называется эвтектикой.

Диаграммы состояния, где компоненты образуют химическое соединение Ордината делит диаграмму состояния на две части, каждая из которых представляет простейший эвтектический тип диаграмм состояния.

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии Появляются области, в которых из однородных твердых растворов при понижении температуры выделяются вторичные фазы. de - линии переменной предельной растворимости компонента В в А и cf - компонента А в В. e f Линии предельной растворимости НЕ Перпендикулярны оси концентрации.

Диаграммы состояния систем с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии с перетектикой Линия cde – линия перетектического превращения. При перетектическом превращении кристаллизуется только одна фаза, образующаяся в результате взаимодействия ранее выделившейся твердой фазы и жидкой части сплава определенного состава (точки с).

Связь между свойствами сплавов типом диаграммы состояния 1 2 1. механические смеси - свойства изменяются по линейному закону. Значения характеристик свойств сплава находятся в интервале между характеристиками чистых компонент. 2. твердые растворы с неограниченной растворимостью - свойства сплавов изменяются по криволинейной зависимости, причем некоторые свойства, например, элекросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов. 3. твердые растворы с ограниченной растворимостью - свойства в интервале концентраций, отвечающих однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному закону, а двухфазной области – по линейному закону. 4. химические соединения - концентрация химического соединения отвечает максимуму на кривой. Эта точка перелома, соответствующая химическому соединению называется сингулярной точкой. 3 4