Понятие о диаграммах состояния сплавов и их построение

Понятие о диаграммах состояния сплавов и фазах

Диаграмма состояния сплава представляет собой графическое изображение в координатах «состав сплава — температура», на котором отражены продукты, образующиеся в результате взаимодействия компонентов друг с другом. Диаграмма состояния является диаграммой равновесия и отображает устойчивые состояния, обладающие минимальным запасом свободной энергии. Если внешним фактором является температура, то давление принимается постоянным и равным атмосферному. На диаграмме состояния содержание каждого компонента выражают в процентах или долях (атомных или массовых). На диаграмме состав двойного сплава задается содержанием одного из компонентов. Продуктами, образующимися в результате взаимодействия компонентов сплава, являются вещества, имеющие в зависимости от температуры и состава определенное агрегатное состояние, характерные строение и свойства. Их принято называть фазами. Фазой считается макроскопически однородная часть системы, взаимодействующая с другими частями и отделенная от них границами раздела. На диаграмме состояния присутствуют жидкая и твердая фазы. Жидкая фаза представляет собой раствор расплавленных компонентов. Твердая фаза представляет собой зерна, имеющие определенную форму, размер, состав, строение и свойства. Твердой фазой могут быть твердые растворы, химические соединения, а также зерна чистых компонентов, не образующие с другими компонентами ни твердых растворов, ни химических соединений.

Любая точка на диаграмме характеризует состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Диаграмма разделена линиями на области фазовых состояний. Отдельные области могут состоять только из одной фазы, а некоторые — из двух, имеющих разные составы и строение.

Диаграмма состояния дает возможность проанализировать характер взаимодействия компонентов в жидком и твердом состояниях. В ней содержится информация, необходимая для создания и обработки сплавов различного назначения.

Правило фаз (правило Гиббса) устанавливает зависимость между степенями свободы системы, с одной стороны, и количеством фаз и компонентов — с другой. Эта зависимость имеет вид.

где С — число степеней свободы; К — число компонентов; Ф — число фаз; п — число внешних факторов.

Число степеней свободы обусловлено числом независимых внешних и внутренних факторов (температура, давление, концентрация элементов), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе. Независимыми внешними факторами могут быть температура и давление. Если считать переменным фактором только температуру, а давление принять неизменным, то уравнение правила фаз примет вид.

При С = 0 система называется нонвариантной, в ней нельзя изменять внешние и внутренние факторы без изменения числа фаз. При С = 1 (моновариантная система) возможно изменение одного из факторов без изменения числа фаз.