7.3. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы

состояния

Вид диаграммы состояния зависит от того, какие фазы образуют оба компонента. Свойства сплава также зависят от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава. Поэтому очевидно, что между видом диаграммы состояния и свойствами сплава должна существовать определенная связь.

На рис. 39 приведены четыре основных типа диаграмм состояния и соответствующие им закономерности изменения свойств сплава с изменением концентрации.

1. При образовании смесей (рис. 39, а) свойства изменяются по линейному закону. Следовательно, значения свойств сплава находятся в интервале между свойствами чистых компонентов.

2. При образовании твердых растворов (рис. 39, б) свойства сплава, в первую очередь электросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов. Следовательно, при образовании механической смеси электросопротивление повышается незначительно, при образовании твердого раствора - весьма сильно. Поэтому распад твердого раствора на две (или более) фазы приводит к повышению электропроводности (закон Курнакова).

3. При образовании ограниченных твердых растворов (рис.39, в) свойства в интервале концентраций, отвечающем однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному, а в двухфазной области диаграммы - по прямолинейному закону, причем крайние точки на прямой являются свойствами чистых фаз.

Рис.39. Свойства сплавов и их диаграммы состояния

4.При образовании химического соединения на диаграмме концентрация - свойства (рис.39, г) концентрация химического соединения отвечает максимуму (или минимуму) на кривой (в данном случае перелом кривой). Эта точка перелома, соответствующая химическому соединению, называется сингулярной (особой) точкой. По диаграмме состав - свойства можно найти соотношение компонентов данного химического соединения, определяя, какой концентрации отвечает сингулярная точка.

Метод изучения изменений свойств в зависимости от изменения состава и построения диаграммы состав - свойства был положен Н.С. Курнаковым в основу разработанного им физико-химического анализа сплавов и нашел широкое применение в исследованиях новых сплавов.

резюме

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава.

Общие закономерности сосуществования устойчивых фаз могут быть выражены в математической форме в виде правила фаз или закона Гиббса.

Правило фаз дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количеством фаз компонентов.

Под числом степеней свободы (вариантностью) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление, концентрация), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе.

Правило фаз.

С= k - f + 2

С - число степеней свободы, k- число компонентов, f – число фаз, 2 – число внешних факторов.

Типы диаграмм состояния.

Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов (I рода)

Оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, а в твердом состоянии нерастворимы и не образуют химических соединений

Диаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии (II рода).

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состоянии и не образуют химических соединений

Диаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (III рода)

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно - в твердом и не образуют химических соединений.

Диаграмма с эвтектикой

Диаграмма с перитектикой

Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения (IV рода)

Диаграмма с устойчивым химическим соединением

Диаграмма с неустойчивым химическим соединением

Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения

При вторичной кристаллизации вследствие изменения растворимости с изменением температуры выделяются вторичные кристаллы. Вторичная кристаллизация наблюдается в тех случаях, где хотя бы один компонент претерпевает аллотропические превращения. Существование одного вещества в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма, или аллотропии.

Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния

Вопросы для повторения

1. Что такое диаграмма состояния?

2. Что такое «число степеней свободы»? Сформулировать правило фаз (закон Гиббса).

3. Диаграммы состояния для однокомпонентного и двухкомпонентного сплава (в каких координатах строится, что означает точка на диаграмме, что означает вертикальная линия на диаграмме).

4. Диаграмма состояния I рода для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов: графическое изображение, фазы, компоненты, кривые охлаждения характерных сплавов, микроструктуры.

5. Дать определение терминам: «линия ликвидус», «линия солидус», «эвтектическое превращение», «эвтектика», «перитектическое превращение», «перитектика».

6. Диаграмма состояния II рода для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии: графическое изображение, фазы, компоненты, кривые охлаждения характерных сплавов, микроструктуры.

7. Диаграмма состояния III рода для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (с эвтектикой): графическое изображение, фазы, компоненты, кривые охлаждения характерных сплавов, микроструктуры.

8. Диаграмма состояния III рода для сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (с перитектикой): графическое изображение, фазы, компоненты, кривые охлаждения характерных сплавов, микроструктуры.

9. Диаграмма состояния IV рода для сплавов, образующих устойчивые химические соединения: графическое изображение, фазы, компоненты, кривые охлаждения характерных сплавов, микроструктуры.

10. Диаграмма состояния IV рода для сплавов, образующих неустойчивые химические соединения: графическое изображение, фазы, компоненты, кривые охлаждения характерных сплавов, микроструктуры.

11. Дать понятие вторичной кристаллизации. Что такое вторичные кристаллы?

12. Диаграммы состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения (примеры).

13. Что такое полиморфизм? Какие диаграммы характерны для материалов, испытывающих полиморфные превращения? Что такое эвтектоидная реакция?

14. Правило отрезков (правило рычага). Определить концентрацию и количественное соотношение фаз указанного сплава.

15. Описать экспериментальное получение диаграмм состояния на примере сплава олово-цинк. Какая микроструктура будет у доэвтектических, эвтектических и заэвтектических сплавов системы олово-цинк после затвердевания?

16. Как и для чего строят кривые охлаждения? Как определить температуру начала и конца кристаллизации?