Правило фаз

Правило фаз представляет собой математическое выражение, которое показывает условия существования фазового состава сплава в равновесии в зависимости от числа степеней свободы, определяемого по формуле

С = К –F + 1,

где С – число степеней свободы системы или ее вариантность, определяющее возможность протекания превращения при постоянной температуре или в интервале температур; К - число компонентов; F- количество фаз; 1 - число внешних факторов (температура).

При С=0 (нонвариантная система) фазовый состав устойчив только при постоянной температуре (T=const).

Если С=1, то фазовый состав сохраняется в интервале температур и концентраций фаз.

Примеры

1. Для эвтектоидного превращения А  П (Ф+Ц) при 727^ОС (К=2, F =3)

будем иметь нонвариантную систему:

C=K  F + 1=2 - 3 + 1=0 ,

то есть трехфазное (А+Ф+Ц)-состояние устойчиво только при T=const, при этом превращение начинается и заканчивается при одной и той же температуре 727 ^ОС;

2. Для доэвтектоидных сталей (С<0,8%С) со структурой Ф+П (Ф+Ц),

имеющих при температурах ниже 727 ^ОС двухфазное (Ф+Ц)-состояние, будем иметь моновариантную систему:

C=K – F + 1=2 – 2 + 1=1,

т.е. двухфазное (Ф+Ц)-состояние доэвтектоидных сталей устойчиво в интервале температур.

Правило отрезков

Правило отрезков применяется для оценки количественной (объемной) доли фаз или структурных составляющих в сплаве. Например, в сплаве Ι - Ι массой G (см. рис. 2.1) при температуре 1200 ^ОС с концентрацией С = 3 % (С_Z) содержатся две фазы – жидкий сплав объемом (L) с концентрацией углерода С_Y и кристаллы аустенита объемом (А) с содержанием углерода С_X (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Состав фаз и их объемная доля в сплаве Ι - Ι (см. рис. 2.2 )

Фазовый состав	Объемная доля фаз в сплаве	Концентрация углерода в фазе	Объемная доля углерода в фазе
Жидкая фаза	L	СY	L СY
Кристаллы аустенита	А	СX	А СX
Сплав Ι - Ι	G	СZ	G СZ

Составляем уравнения:

-объем сплава равен сумме объемов фаз:

G = L + А; (1)

-объемное количество углерода в сплаве равно сумме объемного количество углерода в фазах

GС_Z = LС_Y + АС_X (2)

Выразив L из (1) и подставив в (2), получим

GС_Z = (G - А)С_Y + АС_X , (3)

откуда объемная доля кристаллов аустенита будет составлять:

А = G (С_Z - С_Y)  (С_X - С_Y). (4)

Аналогично можно получить, что объемная доля жидкой фазы равна

L = G (С_X - С_Z)  (С_X - С_Y). (5)

Так как разности концентраций С_X – С_Z и С_Z – С_Y соответственно равны отрезкам XZ и ZY, а разность С_X – С_Y равна коноде XY, то массовая доля фаз составит:

или 100%;

или 100% . (6)

Таким образом, правило отрезков обозначает, что концы коноды (отрезка) показывают концентрацию растворенного элемента в фазе или структурной составляющей, а каждая их объемная доля в сплаве равна отношению величины отрезка, прилегающего к концентрации другой фазы или структурной составляющей, к общей длине каноды (отрезка).