2.2.2 Діаграма стану з перитектичною рівновагою фаз

Умовою рівноваги фаз на діаграмі, що обговорюється (рис. 10), є рівність хімічних потенціалів атомів компонентів у відповідних фазах (15).

Для T=T₁ маємо рівновагу ;

Іншими словами, ,

Геометрично це проявляється у тому, що криві ізобарно-ізотермного потенціалу b- і рідкої фази мають загальну дотичну у точках 1^I і 1^II, що описують рівноважні концентрації фаз:

.

Слід звернути увагу на те, що крива ізобарно-ізотермного термічного потенціалу a-фази розташовується вище, ніж криві для b- і рідкої фаз. Це свідчить про нестійкість a-фази при високій температурі T₁.

Рисунок 10 – Зв’язок кривих концентраційної залежності ізобарно-ізотермного потенціалу з діаграмою стану з трифазною рівновагою перитектичного типу

При T=T₂ в сплавах, склади яких знаходяться в інтервалі концентрацій здійснюється трифазна нонваріантна рівновага перитектичного типу:

.

Рівноважні концентрації фаз визначаються, як завжди, з умови (15):

;

;

геометрична інтерпретація якого надана на рис. 10, в.

Криві ізобарно-ізотермного потенціалу для усіх трьох фаз мають загальну дотичну у точках ,,. Таким чином, можна уточнити запис фазової рівноваги

В сплавах, склади яких розташовуються лівіше від точки 2^I і правіше від точки 2^III, при T=T₂ будуть здійснюватися однофазні рівноваги рідкої і β-фази відповідно.

При T=T₃ в залежності від концентрації сплаву будуть реалізовуватися одно- або двохфазні рівноваги:

: в рівновазі рідка фаза;

: двофазна рівновага (див. рис. 10, г);

: однофазна рівновага (a-фаза);

: двофазна рівновага (див. рис. 10, г);

: однофазна рівновага (b-фаза).

Слід відзначити, що при зміні складу сплаву в інтервалі двофазних рівноваг змінюються частки фаз при незмінності їх рівноважних концентрацій при даній температурі.

2.3 Діаграми стану з поліморфізмом компонентів

2.3.1 Однокомпонентна система

В однокомпонентній системі, як відомо, умовою рівноваги a- і b-фаз є рівність вільних енергій цих фаз: .

Тому зміна взаємного розташування цих кривих при різному тиску (рис. 11, б – г) визначає положення границь фазових областей на відповідній діаграмі стану (рис. 11, а). Рівність у точці 1^I (рис. 11, б) обумовлює рівновагу газоподібної і твердоїa-фази при P₁. Зі збільшенням тиску ця точка ковзає по лінії 1-2, тому остання описує умови рівноваги газоподібної і a-фази.

У точці 2' (див. рис. 11, в) здійснюється рівність величини вільної енергії трьох фаз: газоподібної і двох кристалічних: a і b. Це визначає на рис. 11, а точку 2 як умову трифазної рівноваги. Фази a- і b-поліморфні модифікації компоненту, що вивчається.

Вони відрізняються типом упаковки атомів в кристалічній гратці. Розмірковуючи аналогічно, знаходимо (см. рис. 11, г), що точка 3' – умова рівноваги при Р₃, а точка 3 описує термодинамічні параметри цієї рівноваги у фазовому просторі діаграми стану. Природно, що лінія, що містить відрізок і продовжує його, описує умову рівновагипри різних P і Т.

Відзначимо, що як виходить з рис. 11, а при P=P₃ реалізується ще одна фазова рівновага: . Вона відбувається при Т=Т₄.

Ступені свободи системи розподілені наступним чином. В однофазній області С=2, система є двоваріантною. На лінії двофазної рівноваги С=1 система є моноваріантною. У точці трифазної рівноваги система є нонваріантною, С=0.

Рисунок 11 – Зв’язок кривих температурної залежності термодинамічного потенціалу з параметрами фазових рівноваг в однокомпонентній системі з поліморфізмом

Таким чином, у випадку, що розглядається, чотирифазна рівновага є неможливою, тому що у такому випадку система повинна була мати негативний ступінь свободи.