книги из ГПНТБ / Бунин К.П. Анализ фазовых равновесий и кристаллизации металлических сплавов учеб. пособие по курсу Металлография

Еис.З

- 12 -

ция К- oL обычно характеризуется большей плотностью упаковки ато­ мов, кривая изменения термодинамического потенциала ее погоже, чем

ва (см.приложение). Показанное на рис. 4,а,0,в размещение кривых изменения термодинамического потенциала жидкого и твердого раст­ воров приводит к диаграмме состояния, приведенной на рис. 4,г.

Это встречается если компоненты неограниченно растворяются в жид­ ком и твердом состояниях.

При температурах выше точек плавления компонентов с^г - кри­ вая жидкости лежит ниже 3t - кривой кристаллов (рпс. 4,а). С по­ нижением температуры кривые поднимаются по разному поскольку энтропия жидкого раствора выше энтропии твердого раствора. При

температуре плавления более тугоплавкого компонента /Б/ обе кри­ вые исходят из одной точки, положение которой характеризует тер­ модинамический потенциал компонента Б (напомним, что при втой температуре компонент Б может находиться одновременно в жидком

растворов пересекаются на вертикали, соответствующей компоненту А; при этой температуре химические потенциалы компоненты А в жид­

Рис.4

- 14 -

для жидкого раствора, правее Cg - участком <5? - кривой для твер­

дого раствора, а в интервале Cj - С 2 термодинамический потенцваж лежит на касательной, проведенной к кривым К и Ж. В интервале сос­

твердого раствора /рис. 4,в/. Таким образом, для рассматриваемой системы поле диаграммы состояния разделено на три области /рис.

4,г/. Выше все сплавы устойчивы в жидком состоянии, а ниже

Т А - Б кристаллическом. В интервале температур Т А - Tg сплавы в зависимости от состава могут находиться в жидком состоянии, в

кристаллическом или жидко-кристаллическсм состояниях. Двухфазная /К + ii/ область ограничена сверху линией ликвидус, выше которой устойчиво жидкое состояние, а снизу - линией солидус, ниже которой сплавы находятся в кристаллическом состоянии. В пределах этой области в равновесии сосуществуют два раствора - жидкий и твердый, равновесный состав которых в изотермических уровнях строго опре­ делен. Для нахождения их состава необходимо провести изотерму до пересечения с линиями ликвидус и солидус. Отрезки этой изотермы, называемые конодами, соединяют составы сосуществующих фаз. Точка пересечения изотермы с линией ликвидус характеризует состав жид­ кого раствора, с линией солидус - состав твердого раствора. При этих составах химические потенциалы компонентов в сосуществующих фазах одинаковы, что и является условием равновесия. При Т = Т 2 ,

Б равновесии находятся жидкий раствор состава Cj и твердый раст-

- 15 - зор состава С<>. Количественное соотношение фаз при этой температу­

ре определяется с помощью правила отрезков. Ь сплаве С0 , например, оно составляет: _,R Г)

Тс. -что равновесие в двухфазной области реализуется только

з.щ определенных составах сосуществудаих фаз, следует и из пра­ вила фаз. Если в однофазной области число степеней свободы рав­ но двум /С = 2+1-1=2/ и независимо модно менять температуру и конлентрашю без изменения фазового состава, то в двухфазной области число степеней свободы равно единице /С = 2+1-2=1 /. Произвольно можно менять только один параметр - температуру или состав одной из Фаз. Следовательно, при Т2 , например, двухфазное равновесие в системе реализуется при строго определенных составах жидкого /Ст / я твердого /С0 / растворов.

-Чеограниченная растворимость компонентов в жидком и твердом состояниях может реализоваться и при другом размещении с£г - кри­ вых. Кривые изменения термодинамических потенциалов фаз могут пеаесекать друг друга дважды, как показано на рис. 5 и 6. В этом :хяучае пересечение кривых может происходить и вне интервала темаепатур плавления компонентов. При подобном размещении <5г - кри­ вых диаграммы состояния имеют максимум /тис.5,г/ или минимум эис. 6,г/ при составах сплава С0 .

*овма диаграмм усложняется, если кривые изменения термодина- «ичесхого потенциала растворов имеют вид» представленный на рис. "* я 8.

5сли в двухкомпонентной системе подобную концентрационную за­ висимость термодинамического потенциала имеет твердый раствор, диь- "ваммы состояния приобретают форму, показанную на рис. ?,д ж 8,д.

- 16 -

Диаграмму первого типа /рис. 7,д/ называют эвтектической, второго /рис. 8,д / - перитектической.

Диаграмма эвтектического типа встречается, если компоненты не сил?но отличаются температурами плавления. Как и ранее, выше

точки плавления тугоплавкого кошонента Tg Jt: - кривые жидкого /ж/ и твердых / оС и уй\ / растворов размешаются так, как пока-

зано на рис. 7,а. С понижением температуры кривые поднимаются вверх по разному и при Т = Т £ пересекутся на вертикали Б. Ниже Tg точка

лересечения кривых смещена влево. Ниже Тд J£ - кривые жидкости в твердых растворов пересекаются дважды. Размещение <Й: - кривых

для Т 2 , например, показано на рис. 7, б. Зависимость термодинами­ ческого потенциала от состава для сплавов, находящихся в состоянии устойчивого равновесия, показана на рис* 7,6 жирной линией. Видно, что при Т 2 сплавы левее Cj находятся в состоянии твердого раст­

вора оС , сплавы интервала С т - С 4 в жидко-кристаллическом / I +

тава Cj И жидкого раствора состава С4 , а сплавы интервала Cg - Cq

раствора и обеим впадинам кривой твердого раствора. Из размещения о? - кривых следует, что сплавы, состав которых лежит левее Сд,

- 18 -

^iC и p . Химические потенциалы одноименных атомов при этой

"•емпературе во всех трех фазах одинаковы и фазы находятся в рав­ новесии. Б этом случае число степене* свободы в изобарических ус­

ловиях С = 2+1-3=0 - равновесие является безвариантным. Оно оеализуется при определенной температуре и определенных составах

сосуществующих фаз. Составов - раствора - жидкости - Сг ,

раствора j5 - Сг,. Подобное равновесие двух твердых фаз и одной жидкой, состав которой лежит между составами твердых фаз, называ­ ют эвтектическим. Эвтектическими называют и температуру этого рав­ новесия и состав жидкости.

Ниже эвтектической температуры все сплавы независимо от сос­

тава .устойчивы в кристаллическом состоянии. Термодинамический по­ тенциал их характеризуется жирной линией (рис. 7,г).

Кривые изменения термодинамического потенциала могут разме­

шаться так, что при некоторых температурах состав жидкого раство­ ра не находится между составами твердых растворов. Под' 1ная ситув- "зия представлена на рис. 8. Ппи Т = Т 3 /рис. 8,в / в системе также существует трехфазное равновесие, в котором участвуют две твер­

дые фазы I cL и J6 / и одна жидкая / Ж /. Составы этих фаз оп­

ределяются соответственно точками Cg , Сг, и Сц. Б этом случае,

как и при эвтектическом равновесии, число степгней своооды равно нулю. Подобное трехфазное равновесие называют перитектическим.

Диаграммы состояния перигектического типа /рис. 8,д / встре­ чаются чаше в системах, компоненты которых имеют сильно различаю­ щиеся температуры плавления. Ь отличие от эвтектической линии, ни­ же которой все сплавы находятся в стабильном кристаллическом состо­ янии, перитектическая линия таким свойством не обладает: при

'рис. 8,г / например, сплавы левее Cj остаются жидкими, а сплавы интервала Cj - С2 жидко-кристаллическими. Лишь сплавы состава пра-

- 20 -

вее С 2 состоят только из кристаллических фаз, причем, в интервале

части диаграмм состояния для подобного случая. В области, ограни­

ченной пунктирными линиями, происходит расслоение на две жидкие

фазы / I j и JEg /. При высоких температурах расслоение жидкого раст­

вора может устраняться. При температурах, соответствующих горизон­ тальным линиям ЗИК и ГДЕ возможны трехфазные равновесия. В системе,

и Ск . Подобное безвариантное равновесие называют монотектичеекам. 3 трехфазном равновесии, реализующемся на горизонтали Г Д Е /рис.

ским. Кривые изменения термодинамического потенциала фаз для слу­

чая диаграмм с монотектикой и синтектикой предлагается читателю

начертить самостоятельно.

Если сплавляемые компоненты неизоморфны, т.е. имеют упаков­ ку атомов разного типа, кривая изменения термодинамического потен-

лиала испытывает разрыв. На рис. 10,а,о,в показано изменение тер-

•одинамического потенциала для этого случая, а на рис. 10,г - диа­ грамма состояния. Области однофазного твердого состояния могут бить настолько узкими, что при выбранном масштабе жх нельзя показать же

диаграмме. На диаграммах состояния в этом случае вместо твердых эастворов часто указывают чистые компоненты /например, на диаграм­ ме юте. 10,г ниже эвтектической линии указывается не об +j& сос­ тояние, а-А + Б/. Однако это идеализация. Во всех реальных случаях