МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» разбор диаграмм состояния двойных сплавов

Методические указания

к лабораторной работе

Самара 2012

УДК 669.017

Составители: Т.М. Пугачёва, Е.А.Якубович

Разбор диаграмм состояния двойных сплавов: Метод. указ. к лаб. работам / Самарс гос. техн. ун-т., Сост. Т.М. Пугачёва, Е.А.Якубович. Самара, 2011. 38 с.

Рассматриваются типичные диаграммы состояния двухкомпонентных металлических систем и методика их разбора

Методические указания предназначены для студентов направления 150600 – Материаловедение и технология новых материалов; специальности 110500 – Металловедение и термическая обработка металлов;110800 – Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия.

Библиогр.:4 назв. , рис 20

Печатается по решению методического совета ФТФ СамГТУ

Цель работы – научиться пользоваться диаграммами состояния двухкомпонентных металлических систем: определять фазы и структуры в сплавах, анализировать превращения при изменении температуры.

Теоретическая часть

Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение равновесного фазового состояния сплавов в зависимости от температур и состава. Диаграммы состояния или диаграммы фазового равновесия строят в координатах температура (ось – ординат) – концентрация компонентов в сплаве (ось – абсцисс).

Каждая точка на диаграмме состояния (фигуративная точка) показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Каждая вертикаль соответствует изменению температуры определенного сплава. Изменение фазового состояния отмечается на диаграмме точкой. Точки фазовых превращений называют критическими точками. Линии, соединяющие критические точки аналогичных превращений, разграничивают на диаграмме области аналогичных фазовых состояний.

Диаграммы состояния строят для равновесных или близких к ним условий. Равновесное состояние соответствует минимальному значению свободной энергии и может быть достигнуто только при очень малых скоростях охлаждения или нагрева. Истинное равновесие в реальных условиях достигается редко. Однако знание диаграмм фазового равновесия является исходным моментом при рассмотрении процессов, протекающих неравновесно, т.е. метастабильно.

Диаграммы состояния дают возможность предсказать фазовые превращения сплава при изменении температуры и содержания компонентов: переход из жидкого состояния в твердое (кристаллизация), процессы перекристаллизации в твердом состоянии и прочие превращения. По ним можно определять вид термообработки, применимой для того или иного сплава, и наиболее рациональные температурные режимы термообработки и нагрева для горячей обработки давлением.

1.Правило фаз

Общие закономерности равновесных превращений и сосуществования устойчивых фаз могут быть оценены с помощью правила фаз или закона Гиббса. Правило фаз устанавливает математическую зависимость между числом степеней свободы С, числом компонентов К и числом фаз Ф:

С=К+2–Ф.

Число степеней свободы С (или вариантность системы) показывает число внешних и внутренних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения числа фаз в системе В том случае, когда все превращения в системе происходят при постоянном давлении, уравнение правила фаз имеет следующий вид:

С=К+1–Ф.

За фазу принимают однородную часть сплава, отделенную от других частей границей раздела, при пересечении которой изменяется кристаллическая решетка, химический состав, свойства [1].

Компонентами называют вещества, образующие сплав и все фазы системы.

При числе степеней свободы равном нулю: С=0 (нонвариантное равновесие) сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных неизменяемых условиях: при постоянной температуре и определенном составе всех фаз, находящихся в равновесии. Изменение внутренних (состава фаз) или внешних (температуры) факторов вызывает изменение числа фаз. Если число степеней свободы равно единице: С=1 (моновариантное равновесие) или двум: C=2 (бивариантное равновесие), то возможно изменение в некоторых пределах соответственно одного или двух из факторов без изменения числа фаз.