Правило рычага

Диаграмма состояния для сплавов Cu – Ni.

На оси ординат отмечается изменение температуры, на оси абсцисс – изменение состава сплавов. При этом левый и правый концы этой оси соответствуют чистым компонентам Cu и Ni. Любая точка между Cu и Ni на оси абсцисс отражает сплав определенного состава (концентрацию сплава). Для установления температур фазовых превращений (критических точек) сплавов необходимо:

1. Приготовить ряд сплавов, например І, ІІ, ІІІ, ІV, V состав которых отличен на рисунке 6.2 б (в данном случае І и V являются компонентами системы Cu и Ni).

2. Расплавить сплавы и произвести их медленное охлаждение, фиксируя зависимость понижения температуры от времени охлаждения.

3. Построить кривые охлаждения каждого сплава, которые представлены на рисунке 6.2 а.

Изучение фазового состояния сплавов І, ІІ, ІІІ, ІV, V при температурах выше температур точек 1, 1′, 1″, 1′″, 2 показывает, что в этих условиях все сплавы находятся в жидком состоянии.

При температуре точки 1 (медь), точки 2 (никель) и в интервале температур точек 1′ - 2′ … 1′″ - 2″′ сплавы находятся в двухфазном состоянии – имеют место жидкая фаза (Ж) и кристаллы, которые для сплавов обозначены α.

При температурах ниже точек 1, 2′, 2″, 2″′, 2 сплавы находятся в однофазном кристаллическом состоянии.

Очевидно, температуры точек 1, 2′, … 2″′, 2 являются температурами конца кристаллизации сплавов данной системы. Температуры начала и конца фазовых превращений есть критические температуры.

4. Далее следует перенести полученные критические температуры (точки) на ординаты соответствующих сплавов. (рис.)

5. Соединив точки, имеющую одинаковую физическую сущность, получим диаграммы состояния системы Cu и Ni.

Кривая 1, 1′, 1″, 1′″, 2 характеризующая температуры, выше которых сплавы находятся в жидком состоянии, называется линией ликвидус.

Кривая 1, 2′, 2″, 2″′, 2 соответствующая температурам, ниже которых сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидус.

На рисунке показаны схемы кристаллических решеток рассмотренных сплавов І, ІІ, ІІІ, ІV, V (чкрные кружки - атомы меди, белые – атомы никеля).

Следует отметить, что при построении диаграмм состояния кроме термического метода часто приходится использовать более тонкие методы исследований (микроструктурные, рентгеновские, химические и другие).

По диаграмме состояния можно установить, является ли образующаяся кристаллическая фаза твердым раствором, химическим соединением или чистым компонентом. Для этого нужно научиться по диаграммам состояния определять состав фаз.

В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. Для этого служит так называемое правилорычагаилиправилоотрезков.

Строим диаграмму состояния системы с компонентами А и В, аналогичная диаграмме состояния системы Cu – Ni.

Сплав состава m при температуре Т₁.

Точка К – две фазы (L – жидкая, α – твердый раствор А и В.)

L – жидкость состава q - q′.

α – твердый раствор состава р - р′.

Для определения равновесного состава фаз в двухфазной области диаграммы состояния в заданной точке, называемой фигуративной необходимо через эту точку провести горизонтальную линию (именуемую конодой) до пересечения с линиями ликвидус и солидус диаграммы состояния.

Выведем правило для определения количества фаз при любой температуре сплава в двухфазной области.

Пусть требуется определить количество жидкой фазы L и твердой фазы α при температуре К сплава m. Если принять общее количество сплава за единицу, а количество твердой фазы (α – кристаллов) обозначить через Х, то количество жидкой фазы будет (1 – Х). Количество компонента В в жидкой фазе соответствует отрезку Aq^', а количество компонента В твердой фазе – отрезку Ар^'.

Составим уравнение относительно компонента В, количество которого в сплаве определяется отрезком Аm.

X ∙ Ap^' + (1 – X) Aq^' = Am

X (Ap^' - Aq^') = Am - Aq^'

X ∙ pq = kq

X = α =

1 – X = L =

Формулировка правила рычага для определения количества фаз в двухфазных областях.

Для определения массового или объемного количества фазы в заданной точке двухфазной области нужно провести через эту точку коноду и разделить длину отрезка коноды, противолежащего составу данной фазы, на общую длину коноды.

3.2 Диаграмма состояния І рода (сплавы, образующие механические смеси из чистых компонентов).

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

Рис. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения сплавов (б)

Дата добавления: 2014-01-11