 |
Типовые диаграммы состояния
|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 4
Теоретические сведения. 6
Типовые диаграммы состояния. 8
Пример выполнения задания. 13
Задачи для самостоятельного решения. 17
Список литературы.. 23
ПРИЛОЖЕНИЕ.. 24
Введение
Диаграммы состояния сплавов двойных систем являются основой для назначения температурного режима любых видов высокотемпературной обработки металлов и сплавов: литья, обработки давлением, сварки, термической обработки и т.д. Поэтому анализ диаграмм состояния является одной из основных задач изучения курса «Материаловедение».
Целью практикума является систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний при решении конкретных материаловедческих задач и формирование у студентов следующих компетенций:
Общенаучных
Владение основными закономерностями фазовых равновесий, способами их анализа.
Инструментальных
Готовность работать с информацией из различных источников.
Социально-личностных и общекультурных
Готовность приобретать новые знания, используя современные образовательные технологии и информационные ресурсы.
Профессиональных
в производственно-технологической деятельности:
Ознакомление с методами анализа фазовых диаграмм для использования их в технологической практике;
в научно-исследовательской деятельности:
Научить владению методами анализа и расчета фазовых диаграмм, навыками сбора и анализа научно-технической информации в общей и специальной технической литературе, а также в патентных материалах;
в научно-педагогической деятельности:
Способность выполнения учебной нагрузки по данному направлению подготовки в виде практических занятий.
В результате выполнения практикума студент должен знать:
|
|
|
· Основные виды диаграмм и уравнений фазовых равновесий;
· Основные закономерности фазовых превращений при охлаждении сплавов;
· методы расчета количества компонентов, фаз и структурных составляющих в условиях равновесия фаз.
студент должен владеть:
· методикой построения кривых охлаждения сплавов с анализом соответствующих структурных изменений;
· методикой решения задач определения количественных параметров фазовых диаграмм (состояние и количество фаз, количество компонентов).
АНАЛИЗ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ
СПЛАВОВ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ
Теоретические сведения
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов рассматриваемой системы в зависимости от температуры и концентрации компонентов. Диаграммы состояния строят при условии равновесия системы. Равновесное состояние соответствует минимальному значению свободной энергии системы. Такое состояние может быть достигнуто при малых скоростях охлаждения или нагрева. Поэтому с помощью диаграмм состояния сплавов можно исследовать фазовые и структурные превращения, происходящие в сплавах при медленном охлаждении или нагреве.
Диаграммы состояния сплавов строят в координатах «температура – концентрация компонентов» (рис.1).
 | ||||
| Рис.1. Пример диаграммы состояния с иллюстрацией правила отрезков для определения химического состава и соотношения фаз. |
Температуру откладывают по оси ординат, а концентрацию компонентов – по оси абсцисс. Общее содержание компонентов в сплаве 100 %, каждая точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию обоих компонентов. Левая крайняя точка на горизонтальной оси соответствует 100 % - ному содержанию одного компонента (в данном случае компонента А). Процентное содержание второго компонента откладывается по этой оси слева направо. Правая крайняя точка соответствует 100 % второго компонента (в рассматриваемом случае компонента В).
|
|
|
Например, точка С (рис.1) характеризует сплав, в котором содержится 20 % компонента В и 80 % компонента А, а точка D – сплав, в котором 50 % компонента А и 50 % компонента В.
Любая точка на диаграмме состояния имеет определенный физико-химический смысл. Линии, соединяющие одноименные критические точки, носят определенные названия. Линия LlK, представляющая собой совокупность точек начала кристаллизации, носит название линии ликвидус (liquid – жидкий). Выше этой линии все сплавы данной системы находятся в жидком состоянии. Линия LsK, ниже которой все сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидус (solid – твердый).
Правило фаз Гиббса. Для анализа диаграмм состояния широко применяется правило фаз Гиббса, выражающее условия равновесия системы:
(1)
где С - число степеней свободы системы; К – число компонентов; Ф – число фаз, находящихся в равновесии; П – число внешних переменных (температура, давление).
Числом степеней свободы системы С (вариантностью) называется возможность изменения внешних условий (температуры, давления, концентрации компонентов) без изменения числа фаз.
На практике давление изменяется в таких небольших пределах, что это не влияет на характер фазовых превращений в сплавах. В связи с этим для металлических систем при атмосферном давлении один из внешних факторов будет постоянным и правило фаз принимает вид:
. (2)
В этом уравнении «1» соответствует единственному внешнему фактору – температуре, – который способен изменить фазовое равновесие. Применяя правило фаз, например, для процессов кристаллизации или плавления чистого металла, когда в равновесии находятся две фазы – жидкая и твердая, получаем: 
. В этом случае говорят, что система безвариантна. Это означает, что указанные процессы идут при постоянной температуре, поэтому на кривых охлаждения при этой температуре отмечается горизонтальная площадка.
Поскольку С не может быть отрицательным или дробным числом, то число фаз, находящихся в равновесии, не может превышать число компонентов больше, чем на 1:
|
|
|
(3)
Следовательно, в двухкомпонентных системах в равновесии может находиться не более трех фаз.
Типовые диаграммы состояния
|
|
|
