Тема 18. Диаграммы плавкости неметаллических систем.

Пример 1. Установление вида диаграммы плавкости системы. Начертите диаграмму плавкости системы СаО—SiO₂ по следующим данным:

СаО, % О 20 32 49 57 71 75 100

t, °С 1710 1600 1450 1550 1480 2090 2060 2580

Определите состав химических соединений, образующихся при сплавлении этих оксидов.

Решение. По приведенным данным строим диаграмму плавкости, откладывая по оси ординат температуру, а по оси абсцисс содержание SiO₂ и СаО в сплаве (в %), причем содержание СаО увеличивается по оси абсцисс слева направо, а для SiO₂ — справа налево. Диаграмма плавкости системы SiO₂—СаО приведена на рис. 12.

Рис. 12

Два максимума на диаграмме плавкости при 1550 и 2090 °С отвечают химическим соединениям, состав которых следующий:

1550 °С — 49 % СаО и 50 % SiO₂;

2090 °С — 71 % СаО и 2050°С 29 % SiO₂.

Пример 2. Определение по диаграмме плавкости числа фаз, образующихся при охлаждении сплава определенного состава.

Диаграмма плавкости системы SiO₂—А1₂О₃ приведена на рис. 13. Сколько фаз образуется при охлаждении с 2100 до 1800 °С расплава, содержащего 85 % А1₂О₃ и 15 % SiO₂. Найдите число степеней свободы при этом.

Решение. Сплаву, содержащему 85 % А1₂О₃ и 15 % SiO_а, на диаграмме плавкости соответствует ордината АВСDК. Изменение числа фаз и степеней свободы при охлаждении этого расплава рассмотрим в точках .А, В, С, D, К..

В точке А (t = 2100 °С) начинается охлаждение сплава, в точке А — жидкая фаза. Число степеней свободы:

С = К — Ф + 1 = 2—1 + 1 = 2.

Можно произвольно менять состав и температуру расплава.

В точке В (t =1930°С) начинается кристаллизация А1₂О₃, в точке В — две фазы: жидкий расплав и кристаллы А1₂0₃. Число степеней свободы:

С = 2—2 + 1 = 1,

т, е. каждой температуре отвечает определенный состав расплава. В точке С (t = 1850 С) начинается и заканчивается кристаллизация эвтектического сплава. В точке С три фазы: жидкий расплав, кристаллы А1₂О₃ и кристаллы эвтектики. Число степеней свободы:

С = 2—3+1 = 0.

Это означает, что температура и составы фаз имеют определенное значение. Изменение температуры влечет за собой изменение состава фазы. В точке D (t = 1800°С) продолжается охлаждение твердых фаз. В точке D две фазы — кристаллы А1₂О₃ и эвтектика. Число степеней свободы:

С = 2—2+1 = 1,

т. е, каждой температуре соответствует определенный состав твердых фаз.

328. По следующим данным:

SiO₂, % О 6 8 13 16 22 29 100

t, °С 890 800 710 740 716 760 726 1710

начертите диаграмму плавкости для системы PbО — SiO₂. Определите состав и формулы химических соединений, образующихся при сплавлении PbО и SiO₂. Ответ: SiO₂· 2 PbO; SiO₂∙ PbO.

329. По диаграмме состояния системы PbО — SiO₂ (см. задачу 715) установите, сколько фаз образуется при охлаждении расплава, содержащего 10 % SiO₂ и 90 % РbО при температурах (°С): 750, 730, 710 и 600. Определите число степеней свободы при этом. Ответ: 2; 1; 0; 1.

Fе 100%

Рис. 14.

330. Диаграмма плавкости системы Fе — Si имеет вид (рис. 14). Установите фoрмулу химического соединения, образующегося при сплавлении Fе и Si. Определите содержание жидкой и твердой фаз для 25 кг сплава 70 % Si и 30 % Fе при 1300 °С. Ответ: FeSi; 20,8 кг; 4,2 кг.

331. Рассчитайте массу образовавшейся эвтектики Е (см. диаграмму плавкости задачи 717) при охлаждении 150 г расплава, содержащего 80 % Fе, до полного затвердевания. Ответ: 146,3 г.

332. Постройте диаграмму плавкости для системы SгО — SiO₂, если температура плавления SrО 2430 °С, а SiO₂ 1710 °С. Температуры эвтектик соответственно равны 1588 и 1399 °С. В первой эвтектике содержится 33 % SiO₂, а во второй — 57 % SiO₂. Образованию химического соединения соответствует минимум на кривой при 1605 °С. В химическом соединении содержится 38 % SiO₂. Определите, сколько степеней свободы имеют следующие составы при температурах:

SiO₂, % 60 80 90

t, oС 1700 1560 1399

Ответ: 2; 1; 0.

333. По диаграмме плавкости для системы SrО — SiO₂(см. задачу 719) установите формулу химического соедине­ния. Рассчитайте массу этого соединения в 1,3 кг сплава, содержащего 60 % SrО. Ответ: SiO₂· SrO; 1,26 кг.

334. При сплавлении NаF и А1F₃ образуется химическое соединение, содержащее 26 % А1F₃. Установите формулу химического соединения и рассчитайте его массу в 650 г сплава, содержащего 80 % NaF. Ответ: AlF₃·6 NaF; 500г.

335. Начертите диаграмму плавкости для системы NаС1 — АgС1 на основании следующих данных:

NаС1, % 100 80 60 40 20 О

t, °С, начала кристаллизации . 801 732 669 597 516 455

t, °С, конца кристаллизации . 801 680 576 503 470 455

Определите температуру затвердевания и плавления сплава, содержащего 15 % АgС1. Ответ: 760, 700°С.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Таблица 2.

Таблица вариантов контрольных заданий.

Номер варианта		Номера задач, относящихся к данному заданию
01	1		56	111	166	221	276	17	72	196	251	306
02	2		57	112	167	222	277	18	73	197	252	307
03	3		58	113	168	223	278	19	74	198	253	308
04	4		59	114	169	224	279	20	75	199	254	309
05	5		60	115	170	225	280	21	76	200	255	310
06	6		61	116	171	226	281	22	77	201	256	311
07	7		62	117	172	227	282	23	78	202	257	312
08	8		63	118	173	228	283	24	79	203	258	313
09	9		64	119	174	229	284	25	80	204	259	314
10	10		65	120	175	230	285	26	81	127	205	260
11	11		66	121	176	231	286	27	82	128	206	261
12	12		67	122	177	232	287	28	83	129	207	262
13	13		68	123	178	233	288	29	84	130	208	263
14	14		69	124	179	234	289	30	85	131	209	264
15	15		70	125	180	235	290	31	86	132	210	265
16	16		71	126	181	236	291	32	87	133	211	266
17	17		72	127	182	237	292	33	88	134	212	267
18	18		73	128	183	238	293	34	89	135	213	268
19	19		74	129	184	239	294	35	90	136	214	269
20	20		75	130	185	240	295	36	91	137	215	270
21	21		76	131	186	241	296	37	92	138	216	271
22	22		77	132	187	242	297	38	93	139	217	272
23	23		78	133	188	243	298	39	94	140	218	273
24	24		79	134	189	244	299	40	95	141	219	274
25	25		80	135	190	245	300	41	96	142	220	275
26	26		81	136	191	246	301	42	97	143	221	276
27	27		82	137	192	247	302	43	98	144	222	277
28	28		83	138	193	248	303	44	99	145	223	278
29	29		84	139	194	249	304	45	100	146	224	279
30	30		85	140	195	250	305	46	101	147	225	280
31	31		86	141	196	251	306	47	102	148	226	281
32	32		87	142	197	252	307	48	103	149	227	282
33	33		88	143	198	253	308	49	104	150	228	283
34	34		89	144	199	254	309	50	105	151	229	284
35	35		90	145	200	255	310	51	106	152	230	285
36	36		91	146	201	256	311	52	107	153	231	286
37	37		92	147	202	257	312	53	108	154	232	287
38	38		93	148	203	258	314	54	109	155	233	288
39	39		94	149	204	259	315	55	110	156	234	289
40	40		95	150	205	260	1	56	111	157	235	290
41	41		96	151	206	261	2	57	112	158	236	291
42	42		97	152	207	262	3	58	113	159	237	292
43	43		98	153	208	263	4	59	114	160	238	293
44	44		99	154	209	264	5	60	115	161	239	294
45	45		100	155	210	265	6	61	116	162	240	295
46	46		101	156	211	266	7	62	117	163	241	296
47	47		102	157	212	267	8	63	118	164	242	297
48	48		103	158	213	268	9	64	119	165	243	298
49	49		104	159	214	269	10	65	120	166	244	299
50	50		105	160	215	270	11	66	121	167	245	300
51	51		106	161	216	271	12	67	122	168	246	301
52	52		107	162	217	272	13	68	123	169	247	302
53	53		108	163	218	273	14	69	124	170	248	303
54	54		109	164	219	274	15	70	125	171	249	304
55	55		110	165	220	275	16	71	126	172	250	305