Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

КАФЕДРА ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Методические указания к выполнению расчетно-графического задания №2 по дисциплине “Физическая химия” для студентов специальностей 110100, 110400, 110600

Магнитогорск

2007

Составитель Э.В.Дюльдина

Диаграммы состояния двухкомпонентных систем: Методические указания к выполнению расчетно-графического задания №2 по дисциплине “Физическая химия” для студентов специальностей 110600, 110400, 110100. Магнитогорск: МГТУ 2006.29 с.

Введение

Инженеру, специализирующемуся в области металловедения и ВВЕДЕНИЕ

Инженеру, специализирующемуся в области металловедения и термической обработки металлов, необходимо ориентироваться в громадном количестве сплавов, используемых в настоящее время в технике. Он должен знать, как связаны свойства сплавов с их структурой и как методами термической обработки обеспечить необходимую структуру, а значит и свойства металлических изделий.

Первый этап на пути приобретения этих знаний — знакомство с Диаграммами состояния металлических систем и методом их анализа.

Диаграммы состояния смешанных систем строят в координатах температура - состав. В ряде случаев, а именно: для металлов, ограниченно растворимых друг в друге, обладающих полиморфизмом и дающих несколько химических соединений, диаграммы состояния сложны. Однако все они (и простые, и сложные) содержат одни и те же геометрические элементы, чередующиеся в определенной последовательности. Это облегчает анализ любой диаграммы состояния.

Настоящие методические указания помогут студентам научиться "читать " диаграммы состояния систем из двух компонентов и познакомят их с расчетом ветвей ликвидуса в простейшей системе с эвтектическим превращением.

Теоретическая часть

1. Диаграммысостояния и физико-химический анализ

Фазовое равновесие в многокомпонентных системах изучают при помощи физико-химического анализа. В основе этого метода лежит исследование физических зависимостей различных физических свойств смешанных систем от состава.

Частным случаем диаграмм состав - свойство являются диаграммы состояния или фазовые диаграммы. Они выражают зависимость температур равновесных фазовых переходов от состава системы.

По диаграммам состояния можно судить о числе и природе фаз образующихся в системе, и условиях их существования, о температурах начала и конца различных фазовых переходов, совершающихся при изменении температуры, о составах равновесных фаз и количественном соотношении между ними при различных температурах, а также о возможности пластической деформации и термической обработки металлических сплавов.

2. Природа и возможное число конденсированных фаз.

В двухкомпонентных металлических системах конденсированные фазы могут быть жидкими и твердыми.

Жидкие фазы — это расплавы или ненасыщенные растворы одного вещества в другом, т. е. фазы переменного состава. Им на диаграммах состояния удовлетворяют поля. В различных системах общее число жидких фаз может быть разным (рис. 1).

Рис. 1 . Диаграммы состояния систем с различным числом жидких фаз

В системе А-В (рис.1,а) компоненты неограниченно растворимы друг в друге и дают одну жидкую фазу — ненасыщенный раствор из вещества А и В, устойчивый в верхнем поле диаграммы.

В системе С-Д (рис. 1,б) с ограниченной растворимостью компонентов две жидкие фазы (Ж₁ и Ж₂). Поля их устойчивости I и II примыкают к граничным вертикалям и разделяются областью расслоения III, где в равновесии присутствуют две несмешивающиеся жидкости. Каждый из растворов Ж₁ и Ж₂ обогащен одним из компонентов, он и выступает в роли растворителя. В расплаве растворитель — вещество С, а в расплаве Ж₂ — вещество Д.

В системе F-К (рис. 1,в) с химическим соединением М жидких фаз три (Ж₁, Ж₂, Ж₃), поля их существования I, II и III разделены двумя областями расслоения IV и V. В расплаве Ж₃ преобладает химическое соединение М, оно и является растворителем.

Твердые фазы. Они могут быть трех типов: