Анализ диаграммы железо-углерод (чугунного участка.). Правило фаз

Спеченные и композиционные материалы на основе алюминия, их применение.

Промышленное применение нашли композиционные материалы на основе алюминия, упрочненные частицами оксида алюминия (Al₂ O₃). Их получают прессованием алюминиевой пудры с последующим спеканием (САП). Преимущества САП проявляются при температурах выше 300 ⁰С, когда алюминиевые сплавы разупрочняются. Дисперсионно упрочненные сплавы сохраняют эффект упрочнения до температуры 0,8 Тпл.

Правило фаз — соотношение, связывающее число веществ (компонентов), фаз и степеней свободы в гетерогенной системе.

Правило фаз записывается следующим образом:

где j — число фаз (например, агрегатных состояний вещества);

v — число степеней свободы, то есть независимых параметров (температура, давление, концентрация компонентов), которые полностью определяют состояние системы при равновесии и которые можно менять без изменения числа и природы фаз;

k — число компонентов системы — число входящих в систему индивидуальных веществ за вычетом числа химических уравнений, связывающих эти вещества. Иначе говоря, это минимальное количество веществ, из которых можно приготовить каждую фазу системы.

n — число переменных, характеризующих влияние внешних условий на равновесие системы.

При переменных давлении и температуре правило фаз сводится к выражению:

В случае однокомпонентной системы оно упрощается до:

,

Отсюда видно, например, что в однокомпонентной системе три фазы (j=3) могут сосуществовать при числе степеней свободы v, равном нулю, то есть при фиксированных давлении и температуре, что соответствует тройной точке на фазовой диаграмме. Две фазы (j=2) сосуществуют при произвольном измененнии либо давления, либо температуры, когда вторая из этих переменных не является независимой (v=1), то есть двухфазному равновесию на фазовой диаграмме соответствует линия. Если фаза одна (j=1), число степеней свободы системы равно двум, то есть температура и давление могут менятся независимо в пределах некоторой области на фазовой диаграмме — пока система не окажется на одной из линий двухфазного равновесия.

Иногда правило фаз записывают следующим образом:

то есть при равновесии число фаз в системе меньше либо равно числу компонентов плюс 2.

Анализ диаграммы железо-углерод: D - 1250 0С – температура плавления цементита.
Сложный вид диаграммы связан с превращениями в твердом состоянии. Все критические точки обозначены буквами (международное обозначение). Анализ диаграммы показывает, что отдельные ее части сходны с некоторыми простыми диаграммами, рассмотренными ранее. (Трехэтажная диаграмма, состоящая из трех частей). Высокотемпературную часть – перетектическое превращение здесь не рассматривается. Диаграмма упрощенная. Влево по оси концентраций от 2,14% - стали, вправо – чугуны до 4,3%С.
Линия ABCD соответствует температурам, выше которых сплав находится в жидком состоянии (линия ликвидус).
Линия AECF – линия конца затвердевания (линия солидус).
Линии GSE и PSK – объясняют происходящие изменения в структуре в твердом состоянии.

При температуре 1147 ⁰С линия ECF имеет место эвтектическое превращение

Эвтектическая смесь аустенита, концентрацией 2,14%С и цементита получила название ледебурит (Л). Сплавы, которые кристаллизуются с образованием ледебурита, являются белыми чугунами.
Подробнее рассмотрим стальной участок (до 2,14%С).
Начало распада аустенита происходит в зависимости от содержания углерода при температурах, соответствующих линии GSE. Линия GS (А3) очень важная критическая точка для сталей: А – Ф.Линия PSK (727 0С) – линия эвтектоидного превращения. Аустенит состава точки S (0,8%С) распадается на смесь двух фаз: Ф+Ц.
Это эвтектоид, называемый перлитом (подобный жемчугу: шлиф имеет перламутровый блеск) в отличие от эвтектики, образующейся при первичной кристаллизации. Перлит, полученный при обычных условиях охлаждения, имеет пластинчатое строение: в мягкой основной массе феррита очень близко параллельно друг другу уложены мельчайшие твердые пластинки цементита. Линия PSK(А1).
Линия PQ при охлаждении отвечает температурам начала выделения из феррита третичного цементита (ЦIII) в результате уменьшения растворимости углерода в феррите с понижением температуры.

Дата добавления: 2015-04-24