Диаграммы состояния металлических систем

Диаграмма состояния - графическое изображение состояния лю­бого сплава изучаемой системы в зависимости от его концентрации и температуры. Диаграмма состояния показывает равновесные, устойчивые состояния, т. е. такие, которые при данных условиях обладают минимальной свободной энергией. Теоретическое и прак­тическое значение диаграмм состояния очень велико. Изучение любого сплава, прежде всего, начинается с построения и анализа диаграммы состояния соответствующей системы, так как диаграмма состояния дает возможность изучать фазы и структурные состав­ляющие сплава.

Пользуясь диаграммой состояния, можно установить возможность проведения термической обработки и ее режимы, температуры литья, горячей пластической деформации и т. д.

Теоретические основы для разработки диаграмм состояния создал основоположник научного металловедения - Д. К. Чернов, от­крывший в шестидесятых годах XIX века фазовые (струк­турные) превращения в железе и стали. Большой вклад в изучение диаграмм состояния внес Н. С. Курнаков со своими учениками.

В любой системе количество фаз, находящихся в равновесии, зависит от внутренних и внешних условий. Закономерности всех изменений, происходящих в системе, подчинены общему закону равновесия, который называется правилом фаз или законом Гиббса.

Правило фаз выражает зависимость между числом степеней свободы с, числом компонентов k и числом фаз системы f, находящихся в равновесии.

В общем виде

с = k - f + р, (11)

где р - число переменных внешних факторов равновесия (темпе­ратура и давление).

Число степеней свободы (или вариантность) системы - это число независимых переменных, которые можно изменять в определенных пределах, не изменяя числа фаз, находящихся в равновесии.

Обычно все превращения в металлах и сплавах происходят при постоянном атмосферном давлении. Тогда правило фаз записывается в виде

с = k - f + 1 (12)

Уравнение правила фаз позволяет корректировать правильность построения диаграмм состояния.

Построение диаграмм состояния осуществляют различными экспериментальными методами. Наиболее часто пользуются методом термического анализа. В результате измерений получают серию кривых охлаждения, на которых при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегибов. Температуры, соответ­ствующие фазовым превращениям, называются критическими точ­ками.

Точки, отвечающие началу кристаллизации, называют точками ликвидус (точки 1 на рис. 18, а). Точки, отвечающие концу кристал­лизации, называются точками солидус (точки 2 на рис. 18, а).

По полученным кривым охлаждения (критическим точкам) для различных сплавов изучаемой системы строят диаграмму состояния в координатах: по оси абсцисс - концентрация компонентов, по оси ординат - температура.

Дата добавления: 2014-01-05