Задача 63
Постройте диаграмму плавкости системы Cu – Ag в координатах «температура – состав» по
следующим данным:
Содержание Cu, мас. % |
100 |
80 |
70 |
60 |
40 |
28 |
20 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание Ag, мас. % |
0 |
20 |
30 |
40 |
60 |
72 |
80 |
100 |
t начала кр-ии, °С |
1083 |
960 |
930 |
880 |
800 |
778 |
820 |
962 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t конца кр-ии, °С |
1083 |
778 |
778 |
778 |
778 |
778 |
778 |
962 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К какому типу диаграмм относится указанная диаграмма? Обозначьте фазовые поля и укажите инвариантные точки. Для состава, содержащего 60 мас. % Cu, постройте кривую охлаждения и укажите, как изменяются составы фаз в ходе кристаллизации, рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой охлаждения. Рассчитайте для указанного состава количество меди и серебра в жидкой фазе при 800 °С, если общая масса смеси составила 2 кг.
Решение:
I
II
III
IV
Построенная диаграмма является диаграммой состояния бинарной системы с простой эвтектикой
На полученной диаграмме имеется 4 фазовых поля. Выше линии ликвидус KEL (область I) Cu и Ag находятся в жидком (расплавленном) состоянии. Область I отвечает однородному однофазному состоянию (Ф = 1). Области II, III, IV, отвечают неоднородным двухфазным состояниям системы (Ф = 2): II – твердая фаза (кристаллы) Cu и жидкая фаза расплава Cu и Ag; III – твердая фаза (кристаллы) Ag и жидкая фаза расплава Cu и Ag; IV – кристаллы Cu и кристаллы Ag.
Точка E называется эвтектической и соответствует равновесному существованию трех фаз: жидкой фазы, кристаллов Cu и кристаллов Ag. Следовательно, все точки лежащие на линии солидус (DF) будут отвечать инвариантному состоянию системы:
Ф = 3; К = 2; C = К – Ф + 1 = 2 – 3 + 1 = 0
Рассмотрим процессы кристаллизации состава характеризующегося фигуративной точкой M, и построим кривую охлаждения в координатах «температура–время»:
В точке M система находится в жидком состоянии: число фаз Ф = 1; число компонентов К = 2; число степеней свободы C = К – Ф + 1 = 2 – 1 + 1 = 2, состав жидкой фазы соответствует 60 % Cu и 40 % Ag.
От точки 1 до точки 2 (на кривой охлаждения) идёт охлаждение расплава.
При температуре, соответствующей точке 2, из расплава начинают выпадать кристаллы Cu. В равновесии находятся кристаллы Cu с расплавом Cu и Ag.
Ф = 2; К = 2; C = 2 – 2 + 1 = 1.
При дальнейшем охлаждении продолжают выпадать кристаллы Cu, состав жидкой фазы изменяется по кривой NE.
При температуре, соответствующей точке 3, из расплава начинают выпадать кристаллы Ag. В равновесии находятся кристаллы Cu, кристаллы Ag и расплав Cu и Ag эвтектического состава (28 % Cu и 72 % Ag). Система инвариантна, на кривой охлаждения образуется температурная площадка (3 – 3’):
Ф = 2; К = 3; C = 2 – 3 + 1 = 0.
После кристаллизации последней капли жидкости, система состоит из смеси кристаллов Cu и Ag, которая постепенно охлаждается (3’ – 4):
Ф = 2; К = 2; C = 2 – 2 + 1 = 1.