18)Понятие и диаграмме состоянии сплавов, правило фаз и отрезков.

Диаграмма состояния - это графическое изображение фазового и структурного состояния сплавов конкретной системы в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Диаграммы состояния имеют большое теоретическое и практическое значение. Они позволяют для любого сплава данной системы определить картину фазовых превращений, выбрать температуры нагрева при термической обработке, оценить механические, физические и технологические свойства. Диаграммы равновесного состояния показывают устойчивые состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии и соответствуют нагреву и охлаждению с очень малыми скоростями. Общие закономерности существования устойчивых фаз выражаются правилом фаз Гиббса. Оно устанавливает связь между числом степеней свободы С, числом фаз Ф, числом компонентов системы К и числом внешних переменных факторов Р. Внешними независимыми переменными являются температура и давление, т.е. Р=2. При постоянном давлении Р=1. Под числом степеней свободы (вариантностью) системы понимается число независимых друг от друга внешних (температура, давление) и внутренних (концентрация) факторов равновесия, которые могут принимать различные значения без изменения числа фаз в системе.

При Р=1 правило фаз Гиббса имеет следующий вид:

С = К - Ф + I, где: С – число степеней свободы, К – число компонентов, Ф – число фаз.

Правило фаз используется для контроля экспериментально построенных диаграмм состояния и построения кривых охлаждения (нагрева) сплава. В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. Для этого служит так называемое правило рычага, или правило отрезков.

Первое положение правила отрезков формулируется следующим образом:

«Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.»

Второе положение правила отрезков формулируется так. «Для того чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.»

19)Диаграммы состояния с полной нерастворимостью и неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

При фазовом переходе расплав - кристаллическая фаза наиболее распространены системы эвтектического типа ( с полной взаимной нерастворимостью или с частичной растворимостью компонентов в твердом состоянии), а также системы, обладающие неограниченной взаимной растворимостью в жидком и твердом состояниях. Несколько реже встречаются смеси, образующие молекулярные соединения в твердом состоянии, и смеси, имеющие на диаграмме равновесия точки перитектики. Основными требованиями к жидким хладоагентам, используемым при контактной фракционной кристаллизации, являются химическая инертность по отношению к расплаву и полная взаимная нерастворимость с фракционируемой смесью. Диаграммы состояния, с полной взаимной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии, образуют, например, серебро и свинец, окись кальция и окись магния, а также некоторые другие системы. Однако полная взаимная нерастворимость двух веществ в твердом состоянии встречается сравнительно редко. Чаще наблюдается образование более или менее ограниченных твердых растворов.

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом растворе.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью.