17. Диаграммы состояния. Компонент, фаза, структурная составляющая. Правило фаз Гиббса.

Основные свойства сплава определяются содержанием углерода. Взаимодействие углерода с α- или γ-модификациями железа приводит к образованию железоуглеродистых сплавов, различных по строению и свойствам. Построение диаграммы состояния железо-углерод(цементит) дает представление о температурах и концентрационных границах существования этих сплавов.

Компонентами сплава называют химические элементы или химические соединения, входящие в состав сплава. В зависимости от химической природы элементов, размера их ионов и типа кристаллической решетки компоненты могут растворяться друг в друге (ограниченно или неограниченно), могут быть нерастворимыми друг в друге или образовывать новые химические соединения. Отдельные однородные части сплавов, отделенные от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав и свойства меняются скачком, называются фазами. Структурная составляющая-часть микроструктуры сплава, характеризуемая одинаковым средним химическим составом и однообразным расположением и формой зёрен образующих её фаз. С. с. возникает при каком-либо фазовом превращении.

Правило фаз Гиббса: С + Ф = К + 2

С-число степеней свободы

К-число компонентов

Ф-кол-во фаз

Согласно этому правилу, чем больше компонентов в системе, тем больше степеней свободы; с другой стороны, чем больше фаз тем меньше переменных, необходимо определить для полного описания системы.

18. Основные типы диаграмм состояния. Расчет соотношения фаз и структурных составляющих. Правило отрезков.

• Диаграмма состояния двойных сплавов 1-го типа. Данная диаграмма характеризует сплавы, компоненты которых неограниченно растворимы в жидком состоянии. В твердом состоянии нерастворимы, не образуют химических соединений(Zn-Sn).

• Диаграммы состояния 2-го типа. Характеризует сплавы, компоненты которых обладают полной взаимной растворимостью в твердом и жидком состоянии и не образованием химических соединений(Cu-Ni; Fe-Ni; Fe-Cr…).

• Диаграмма состояния 3-го типа с ограниченной растворимостью в твердом состоянии. Характеризует сплавы, у которых оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом и не образуют химических соединений.

• Диаграмма с эвтектикой. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом и не образуют химических соединений. Предельная растворимость компонента А в компоненте В.

• Диаграмма с перитектикой. Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом и не образуют химических соединений. Жидкость взаимодействует с ранее выпавшими кристаллами α-фазы, с образованием новой β-фазы.

• Диаграмма состояния с образованием устойчивых химических соединений. Характеризует сплавы, которые образуют устойчивые химические соединения A_mB_n.

• Диаграмма состояния сплавов, испытывающих полиморфное превращение. Превращения, связанные с кристаллизацией или плавлением сплавов, называются первичными, превращения твердого сплава-вторичными.

Первое положение правила отрезков формулируется следующим образом.

Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Второе положение правила отрезков формулируется так.

Для того чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Правило отрезков в двойных диаграммах состояния можно применить только в двухфазных областях. В однофазной области имеется лишь одна фаза; любая точка внутри области характеризует ее концентрацию.