Построение диаграммы состояния



Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава в зависимости от температуры и концентрации компонентов.

Диаграмма состояния может быть построена по данным кривых охлаждения сплавов различного состава.

Диаграмму состояния сплавов, состоящих из двух компонентов, строят в координатах "температура - концентрация" (рис. 3.4) По оси ординат откладыва­ют температуру, по оси абсцисс - концентрацию. Общее содержа­ние обоих компонентов в сплаве равно 100 %. По оси абсцисс от О до 100 % увеличивается концентрация Sb в сплаве, следователь­но, концентрация Pb в сплаве будет возрастать справа налево. Таким образом, крайние ординаты соответствуют чистым компонен­там Pbи Sb . На оси ординат в точках, соответствую­щих чистым компонентам, отмечают значения температур кристал­лизации Pb и Sb. Затем на основании проведенного термичес­кого анализа сплавов Pb- Sb с различным содержанием компо­нентов строят кривые охлаждения с целью определения температуры начала кристаллизации T1 и конца кристаллизации T2.

Значения температур – T1 и T2 для каждого сплава нано­сят на вертикаль, соответствующую концентрации данного сплава. Соединяют температуры кристаллизации чистых металлов и темпера­туры начала кристаллизации - T2 плавной линией. Кривая, отве­чающая началу равновесной кристаллизации сплавов, называется линией ликвидус ( АСВ ).

Кривая, проведенная через точки конца кристаллизации, на­зывается линией солидус ( ДСЕ ).

Выше линии ликвидус сплав находится в жидком состоянии, ниже линии солидус - в твердом. Сплав, содер­жащий 13% Sb , является эвтектическим . Сплавы, в которых Sb меньше 13%, называются доэвтектическими; если содержание Sb больше 13%, - òo такие сплавы являются заэвтектическими,

В доэвтектических сплавах ниже линии АС начинается процесс кристаллизации, из жидкости выделяются кристаллы Pb, в заэвтектических сплавах ниже линии GB выделяются кристаллы Sb. Следовательно, в области АСД существуют две фазы: Ж + Pb, в области СВЕ: Ж + Sb.

В процессе кристаллизации доэвтектических и заэвтектических сплавов концентрация жидкой фазы изменя­ется и стремится к эвтектической. На линии ДСЕ из жидкости эв­тектической концентрации одновременно выделяются кристаллы Pbи Sb, т.e. кристаллизуется эвтектика

 

Жж ® Pb +Sb .

 

Таблица 3.1

Критические температуры сплавов Рb ̶ Sb

№ сплава

Химический состав сплава, %

Верхняя критическая

t,°С

Нижняя

критическая

t,°С

 

Микроструктура сплава

    Sb Рb
1 0 100 327 327

 

2 5 95    
3 10 90    
4 13 87    
5 20 80    
6 30 70    
7 50 50    
8 100 0 631 631

 


0
5
10
13
20
30
40
50
60
70
80
90
100, % Sb
Pb
Sb
Pb
327
T0C
A
T1
C
T2
T1;T2
T2
T1
b
a
c
E
B
630
D
Ж+Pb
Ж
Ж+Sb
Pb+Sb
Рис.3.4. Диаграмма состояния Pb-Sb

 

Правило фаз

 

Диаграмма состояния дает представление о процессах крис­таллизации сплавов, показывает области существования сплавов в жидком и твердом состояниях и интервал кристаллизации, поз­воляет определять равновесный состав жидкой и твердой фаз на любой стадии кристаллизации.

Процесс кристаллизации подчиняется правилу фаз, которое дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количеством фаз и компонентов.

Фазой называется однородная часть неоднородной системы, разграниченная от других частей системы (фаз) поверхностью раздела, при переходе через которые химический состав или струк­тура вещества изменяются скачком.

Для условий, когда все превращения происходят при постояннном давлении, правило фаз выражается уравнением

 

С= к - f + 1

где: С - число степеней свободы системы, т.е. число внешних

             ( температура ) и внутренних ( концентрация ) факторов,

             которые можно изменять без изменения числа фаз в системе;

      к - число компонентов;

f  - число фаз.

Процесс кристаллизации сплавов Pb-Sb с точки зре­ния правила фаз представляется в таком виде.

В период охлаждения жидкого сплава число степеней свободы будет две:

 

C = к - f + 1= 2 - 1 + 1 = 2

 

Это значит, что можно менять в известных пределах темпе­ратуру, а также можно изменять концентрацию жидкого раствора, добавляя к нему свинец или сурьму, а сплав останется одно­фазным (жидкий раствор).

В период выделения кристаллов пересыщающего компонента из жидкого раствора (между линией ликвидус и солидус) .

 

 

С = к - f + 1 = 2 - 2 +1= 1.

 

Это значит, что в известных пределах можно повышать или понижать температуру, но число фаз останется равным двум:

жидкий раствор и твердые кристаллы.

В период образования эвтектики (линия солидус) число степе­ней свободы равно 0, так как

 

С = к - f + 1= 2- 3 + 1= 0.

 

Это значит, что процесс кристаллизации эвтектики происходит при постоянной темпера­туре, причем концентрация сурьмы в каждой фазе строго постоянна, а именно: в жидком растворе - 13 % - Sb , в твердых кристаллах сурьмы - 100 % Sb , в твердых кристаллах свинца - 100 % Pb.

 

                                     3.3.4. Правило отрезков

 

Для определения количественного соотношения фаз и концентрации фаз применя­ют правило отрезков (или правило рычага).

Рассмотрим на диаграмме состояния системы Pb-Sbсплав с исходной концентрацией К. При температуре Т сплав состоит из кристаллов сурьмы и жидкости. Для определения состава фаз через заданную точку а проводят линию до пересечения с границами области диаграммы. Проекция точки в на ось концентрации пока­жет состав жидкой фазы, а проекция точки c - состав твердой фазы. Из диаграммы видно, что в процессе кристаллизации при понижении температуры, состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус и стремится к эвтекти­ческой концентрации, а состав твердой фазы остается постоянным.

При кристаллизации изменяется и соотношение фаз: количество твердой фазы увеличивается, жидкой - уменьшается.

Обозначим жидкую фазу через Qж, твердой через Qтв, а общее количество жидкой и твердой фаз через Q. Если написать уравнение моментов относительно точки а, то

Qж . ав = Qтв. ас ; Qж /Qтв = ас/ав ; Qж /Q = ас/вс ; Qж  = ас/вс. 100% ;

 Qтв /Q = ав/вс ; Qтв  = ав/вс . 100%

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 407; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!