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: 614; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!