Министерство образования и науки Российской Федерации

________________

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Ю. Г. Сергеев, Е. И. Масликова

Задачи

по диаграммам равновесия двух- и трехкомпонентных систем

Санкт-Петербург

2015

Содержание

1. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем ………………3

1.1. Основные понятия……………………………………………………...3

1.2. Правило фаз Гиббса и правило рычага………………………… 4

1. 3. Описание реакций фазовых равновесий …………………………… 5

2. Задачи на построение диаграмм двухкомпонентных

систем…………………………………………………………………..…..13

2.1.Диаграммы состояния с нонвариантным эвтектическим

превращением ……………………………………………………………....13

2.2. Диаграммы состояния с нонвариантным перитектическим

превращением и химическими соединениями…………………………….17

2.3. Диаграммы состояния с монотектическим, синтектическим,

метатектическим превращениями………………………………………….23

3. Примеры построения и разбора диаграмм двухкомпонентных

систем ………………………………………………………………………31

3.1. Пример построения диаграммы с нонвариантным

эвтектическим превращением……………………………………………...31

3.2. Пример построения диаграммы с нонвариантным

перитектическим превращением…………………………………………...32

3.3. Определение химического состава сплава и соотношения фаз

(или структурных составляющих)…………………………………………33

4. Диаграммы состояния трехкомпонентных систем ......…………….36

4. 1. Проекции поверхностей ликвидуса ………………………………….36

4.2. Изотермические и политермические разрезы в тройных системах…40

4.3. Правило отрезков и правило центра тяжести весового треугольника

в тройных системах………………………………………………………...41

4.4. Задачи с изотермическими разрезами и поверхностями

ликвидуса трехкомпонентных диаграмм………………………………….44

Список литературы…………………………………………………………61

I. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем

Диаграммы равновесия или диаграммы фазовых состояний представляют собой графическое изображение температурно-концентрационных областей существования отдельных фазовых состояний сплавов. Они показывают состояние сплава при изменении температуры, давления и химического состава. Диаграммы состояния служат основой для определения фазовых превращений, состава и количества фаз и структурных составляющих сплавов, определяющих механические, физические, химические и технологические его свойства. Диаграммы состояния являются одним из базовых компонентов при синтезе новых сплавов. Они позволяют прогнозировать механические и технологические свойства, разрабатывать технологические процессы литья, термической и пластической обработок для того или иного сплава.

1.1. Основные понятия

Прежде чем приступить к изучению диаграмм состояния, необходимо определить понятия система, фаза, компонент, структура и структурная составляющая.

Физико-химической системой называют совокупность бесконечно большого числа сплавов, которые можно получить при сплавлении двух или более металлов и неметаллов. Физико-химические системы могут состоять из одной фазы (гомогенные системы) или из нескольких (гетерогенные системы).

Наиболее краткое определение фазы дано академиком М. А. Леонтовичем: «В термодинамике фазой называется всякая однородная система, т. е. тело, физические свойства которого во всех точках одинаковы...». В металловедении фазой называют гомогенную часть гетерогенной системы или совокупность нескольких частей, одинаковых по своему химическому составу, строению и свойствам, которые не зависят от массы фазы. Фазы всегда разделены межфазной границей. Химический состав фазы в металлическом сплаве выражается через концентрацию компонентов в атомарных, молярных или массовых долях. Фазой могут быть чистые металлы, неметаллы и их модификации, жидкие и твердые растворы, химические соединения или промежуточные фазы.

Компонентами называют простые вещества, способные существовать в изолированном виде, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз системы. Компонентами в металлических сплавах обычно являются чистые металлы, неметаллы, а также устойчивые химические соединения стехиометрического состава.

Под структурой понимают форму, размеры или характер взаимного расположения соответствующих частиц (атомов, блоков, зерен, фаз и др.) в металлах или сплавах. Различают четыре масштабных уровня структуры: атомно-кристаллический, субструктурный, микроструктурный, макроструктурный.

Структурная составляющая – это часть (элемент) структуры, имеющая характерное строение и состав при средних увеличениях, образовавшаяся при определенной температуре или в интервале температур. Структурная составляющая может быть одно- и многофазной.