книги из ГПНТБ / Бунин К.П. Анализ фазовых равновесий и кристаллизации металлических сплавов учеб. пособие по курсу Металлография
.pdfрастворимость имеется. При большом несходстве атомов лз vft сдав
лена дефектностью кристаллического строения.
Всистемах полиморфных компонентов фазовое состояние меняется
ив свгчи с перекристаллизацией. Если сплавляемые компонента мало растворимы в твердом состоянии, термодинамические потенциалы флв,
основанных на различных модификациях компонентов А и Б, изменяжввя
так, как показано на рис. II,а,б,в и диаграмма состояния имеет вид, представленный на рис. I I , внизу. В этом случае температура полиморфного равновесия не зависит от состава сплава.
Растворимые компоненты изменяют температуру полиморфного рав новесия твердого раствора. В системе, представленной на рис. 12, полиморфным является компонент Б, а добавки компонента А снижают
температуру устойчивости низкотемпературной модификации компонен та Б. При этом однофазные области cL - и J5 - модификаций разделе
ны не горизонтальной линией, как это имело место на диаграмме ряс.
I I , а двухфазной областью MTj^H. Взаимное расположен* кривых из
менения термодинамического потенциала твердых растворов при рав ных температурах представлено на рис. 12,а,0,в.
При наличии полиморфизма сплавляемых компонентов могут иметь
место и трехфазные равновесия в сплавах. Эти состояния реализуют ся в условиях, соответствующих горизонтальным линиям К М Н /рже. 13,а / и М К Н /рис. 13,б/. В обоих случаях в равновесии находятся "•пи типа твердых растворов: oL-t - раствор Б в низкотемпературной модификации A, cLz - раствор А в низкотемпературной модификации £,
JS - раствор высокотемпературных модификаций А ж Б.
При наличии трех фаз в двухкомпонентной системе равновесие -эезвариантно /С=К+1-Ф=2+1-3=0/ и реализуется в изотермических условиях при определенных составах сосуиествуюшх фаз - ©^/ Л - , оСлн
я/5м • По аналогия с эвтектическим я перитвктжчеепш раввоивси
пи, рассмотренными ранее, трехфазное равномс м oCf + |
+ oLz |
- 24 - |
|
|
|
/рис. 13,а / названо эвтектоидным - в этом случае состав^ |
— раст |
||
вора лежит между составами olY и |
оС^, а равновесие J2> |
+ |
са£/ + |
/рис. 13,6/- перитектоидным. |
|
|
|
Вид диаграмм состояния усложняется, если сплавляемые компонен |
|||
ты образуют промежуточные фазы |
( химические соединения ) . На рис.14 |
||
представлены диаграммы состояния с промежуточной фазой переменного |
|||
' /f / и постоянного |
состава. В приведенных системах про |
||
межуточная фаза устраняется непосредственно при расплавлении /кон груэнтно плавящиеся фазы/. Промежуточные фазы могут образовываться и в результате перитектического, перитектоидного и сиитектического превращений. Пример образования промежуточной фазы в результате сивтектического превращения рассмотрен ранее /рис. 9,а /. На рис. 15 представлены диаграммы состояния систем, в которых промежуточная фаза возникает во время перитектического / а / и перитектоидного /б/ превращений. В этих случаях промежуточные фазы устраняются при на гревании раньше чем произойдет полное расплавление и называются инконгруентно плавящимися.
Возникать промежуточные фазы могут я в результате твердофаз ных превращений oL — . В качестве примера такого перехода может служить образование Ь - фаз переходных металлов. При этом
область существования промежуточной фазы отделена от области твер дого раствора двухфазными областями / oL + 6 /_ рис. 16,а.
При изменении давления, температуры, состава - может изменять ся атомная и магнитная упорядоченность. При этом твердые растворы и промежуточные фазы могут переходить из разупорядочениого состоиняя в упорядоченное, испытывать магнитные превращения. Условен, при которых меняется атомный и магнитный порядок, характеризуется на диаграммах состояния обычно пунктирными линиями.
Превращения порядок ^Т: беспорядок могут происходить и как фа
зовые переходы I рода (рис. 16,а ) и как фазовые переходы П рода
- 27 -
(рис. 16,6 ) .
В некотошх металлических системах помимо стабильных фаз воз
никает к метастаоильные; Метастабильные фазы могут длительно суще ств, зать в сплаве, особенно при пониженных температурах, когда под вижность атомов невелика. Химический состав фаз, сосуществующих в равновесии со стабильными а метастабильными фазами, различается, что важно as построения, приведенного на рис. 17. метастабильная фаза 1Г
|
|
су |
. |
|
0 |
обладает божьаш термодинамическим потенциалом °<~р |
, чем стабиль |
||||
ная У" - фааа,амепва>1 термодинамический потенциал |
с? |
Твердый |
|
||
раствор оС |
, находящийся в равновесии |
с метастайильной фазой Г |
, |
||
растворяет |
больше компонента Б / Cot |
У C°L/f/. Диаграммы ста- |
|||
бвжьаого и метастабильных состояний системы иногда вычерчиваются в одних координатных осях разными линиями.
-29 -
§2. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИАГРАММ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ
Диаграммы состояния металлических систем могут быть построе-
эм методами геометрической термодинамики и по экспериментальным данным.
ИЕТОД ГЕШЕТРИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ используется в том случае, если известна зависимость термодинамического потенциала фаз от темпера туры, давления и концентрации (см. приложение). С основными прин ципами построения диаграмм этим методом читатель ознакомлен в предыдущем раздг-е.
Для построения диаграммы состояния однокомпонентной системы необходимы сведения о зависимости термодинамического потенциала от температуры и давления
аоторые приводятся для различных вешеств в справочной литературе.
->оычно изменение внутренней энергии I |
LL |
/, энтропии / 5 |
/ и |
||
термодинамического потенциала / |
/ определяют по данным о тепло |
||||
емкости и теплосодержании |
системы. На рис. |
18 приведена температур- |
|||
дая зависимость |
и at |
. |
Скачок внутренней энергии и эн- |
||
тпошш обусловлен изменением агрегатного состояния при плавлении дли кристаллизации, плавление сопровождается поглощением теплоты
•_л Ял. /. которая расходуется на изменение энтропии и внутренней энергии. Кривая термодинамического потенциала испытывает излом при Г дл. /РИС. 18. жирная линия/.
вычисленные для разных давлений значения температур фазового эавновесия наносят на диаграмму, построенную в осях Р - Т.
_1ля расчета диаграмм состояния двухкомпонентных систем необхо димы данные и о зависимости термодинамического потенциала фаз от состава '.см. приложение). Термодинамический потенциал можно опре-
- 30 -
а
Рис.19