 |
4.2. Изотермические и политермические разрезы
|
|
|
|
4. 2. Изотермические и политермические разрезы
в тройных системах
Построение изотермических и политермических разрезов реальных диаграмм тройных сплавов обычно проводится экспериментальным путем. Выплавляется серия сплавов, и с применением различных методов анализа (термического, металлографического, дилатометрического, рентгеноструктурного и др. ) определяются критические точки и фазовый состав в зависимости от температуры.
Затем, используя правило о числе фаз в соприкасающихся областях, на изотермическом разрезе производят разделение на одно-, двух- и трехфазные области. Кроме этого разрезы могут строиться расчетным путем с использованием характеристик термодинамических свойств сплавов.
Изотермические разрезы получают при пересечении пространственной диаграммы плоскостями с заданным температурным шагом, параллельными плоскости концентрационного треугольника. Следы пересечений с поверхностями ликвидуса и солидуса, спроектированные на концентрационный треугольник, дают соответственно изотермы ликвидуса и солидуса. По изотермическим разрезам можно судить о фазовых областях и фазовом составе сплава при данной температуре, определять состав равновесных фаз любого тройного сплава и их соотношение с помощью правила рычага в двухфазной области или правила центра тяжести весового треугольника в трехфазной. По изотермам ликвидуса и солидуса можно установить начало и конец кристаллизации заданного сплава.
Политермические разрезы строят пересечением пространственной диаграммы вертикальной плоскостью. Используют три способа сечения: параллельное стороне призмы при постоянной концентрации какого-либо компонента, через вершины призмы при постоянном соотношении концентраций каких-либо двух компонентов или через двойные устойчивые соединения (квазибинарные разрезы).
|
|
|
По политермическим разрезам можно судить о фазовых областях и температурных интервалах фазовых превращений, но они не дают составов равновесных фаз. Роль политермических разрезов велика при обосновании технологии производства сплавов, технологических режимов литья, горячей пластической деформации и термической обработки по известным температурам критических точек.
4. 3. Правило отрезков и правило центра тяжести весового
треугольника в тройных системах
На изотермических разрезах тройных систем можно определить состав равновесных фаз и их соотношение в двухфазной и трехфазной областях. В двухфазной области используют правило отрезков (рычага), а в области трехфазного равновесия – правило центра тяжести весового треугольника.
На рис. 4. 4 представлен изотермический разрез диаграммы равновесия с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях.
В двухфазной области экспериментальным или расчетным путем строятся коноды, соединяющие точки составов равновесных фаз твердого раствора a и жидкости Ж, лежащих соответственно на изотермах солидуса и ликвидуса. Из геометрической термодинамики следует, что коноды в двухфазной области (a + Ж) на изотермическом разрезе представляют собой линии изоактивности, т. е. соединяют точки с одинаковыми значениями термодинамической активности каждого компонента в соседних однофазных областях.
Рис. 4. 4. Изотермический разрез диаграммы трехкомпонентной системы и правила рычага для определения соотношения равновесных фаз в сплаве М
Таким образом, точка а указывает на химический состав жидкой фазы (35 % А + 60 % В + 5 % С), а точка в – a-фазы (47 % А + 20 % В + 33 % С). Отношение отрезков Mв / aM дает соотношение количества жидкой Ж и твердой a фаз согласно правилу отрезков.
|
|
|
На изотермическом разрезе (см. рис. 4. 5) представлена область трехфазного равновесия (a+Ж+b), ограниченная сторонами конодного треугольника abc.
Вершины треугольника указывают на химический состав равновесных фаз соответственно, a, Ж и b. Сплав, образованный путем смешения фаз данного химического состава в любом их соотношении, будет находиться внутри конодного треугольника согласно правилу центра тяжести весового треугольника. Количество фаз определяется с помощью соотношений:
(4. 1),
где Qфi – количество фазы α, β или Ж.
Рис. 4. 5. Изотермический разрез диаграммы системы А – В – С и определение соотношения равновесных фаз для сплава М
Используя правила рычага и центра тяжести весового треугольника, можно решать два типа задач:
а) по известному составу сплава находить химический состав равновесных фаз и их соотношение;
б) по соотношению фаз определять положение искомого сплава (его химический состав).
Приведем примеры использования указанных правил на изотермическом разрезе диаграммы равновесия А–В–С.
П р и м е р 1. Определить соотношение равновесных фаз a, b и Ж для сплава (точка М) состава 20 % А, 40 % В, остальное – С.
Проводим через вершину конодного треугольника и точку М вспомогательные линии до пересечения с конодами ав, ас и вс (см. рис. 4. 5, а). Получаем точки пересечения а1, в1и с1. Затем по формулам (4. 1) определяем количество фаз.
П р и м е р 2. Найти химический состав сплава (положение точки Х) и составы равновесных фаз, если соотношение фаз Qα : Qβ : Qж = 1: 2: 3.
Сначала находим химический состав равновесных фаз, который определяется положением вершин конодного треугольника а, в и с и соответствует: a-фаза – 45 % А, 20 % В, остальное – С; b-фаза – 16 % А, 25 % В и остальное – С; жидкая фаза – 15 % А, 65 % В, остальное – С (рис. 4. 5).
Затем, используя правило отрезков, делим сторону конодного треугольника ab в соотношении 1: 3 и соединяем вершину с с вычисленной точкой с1(рис. 4. 5, б). Затем делим сторону bс в соотношении 2: 3 и соединяем вершину a с вычисленным положением точки a1. Точка пересечения линий сс1 и аа1 будет искомой точкой состава сплава. Отрезок bb1 пройдет через ту же точку, разделив сторону аc в соотношении 1: 2, как в условии задачи. Таким образом, состав искомого сплава соответствует 20% А, 40% В и 40% С.
|
|
|
|
|
|
