|
|
Закономерность изменения числа фаз в гетерогенной системе определяется правилом фаз.КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Общие сведения о диаграммах фазового равновесия Диаграммы фазового равновесия, или диаграммы состояния, в удобной графической форме показывают фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации. Диаграммы состояния строят для условий равновесия или условий, достаточно близких к ним. Равновесное состояние соответствует минимальному значению энергии Гиббса. Это состояние может быть достигнуто только при очень малых скоростях охлаждения или длительном нагреве. В связи с этим рассмотрение диаграмм состояния позволяет определить фазовые превращения в условиях очень медленного охлаждения или нагрева. Истинное равновесие в практических условиях достигается редко. В подавляющем числе случаев сплавы находятся в метастабильном состоянии, т. е. в таком состоянии, когда они обладают ограниченной устойчивостью и под влиянием внешних факторов переходят в другие более устойчивые состояния, так как их энергия Гиббса больше минимальной. Для целей практики важно, что метастабильные состояния нередко сообщают сплавам высокие механические и другие свойства. В этом случае необходимо установить природу метастабильных состояний, обеспечивающих оптимальный комплекс свойств, и разработать режим термической или какой-либо другой обработки, позволяющей получить эти неравновесные состояния. Исходным положением при решении этих задач является знание диаграмм фазового равновесия. Существует несколько видов диаграмм состояния в зависимости от количества компонентов в системе.
Если система однокомпонентна, то диаграмма состояния будет иметь одно измерение (шкала температур) и соответствующие точки на прямой покажут равновесную температуру изменения агрегатного состояния. Если в системе два компонента, то второе измерение покажет концентрацию сплава: диаграмму строят в двух измерениях (температура-концентрация). По сои ординат откладывают температуру, по оси абсцисс – концентрацию. Общее содержание обоих компонентов в сплаве равно 100 %, и каждая точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию каждого компонента. В точке С 40 % В и 60 % А; в точке D 60 % В и 40 % А и т. д. По мере удаления от точки А увеличивается количество компонента В и в точке В его будет 100 %. Следовательно, крайние ординаты на диаграмме соответствуют чистым компонентам, а ординаты между ними – двойным сплавам. Диаграмма состояния сплавов с тремя компонентами имеет пространственный вид (две оси концентрационные и одна температурная). Четырехкомпонентную систему и систему с большим числом компонентов также изображают в виде пространственных диаграмм, но с некоторым упрощением, так как они имеют больше трех независимых переменных. Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Каждая вертикаль соответствует изменению температуры определенного сплава. Изменение фазового состояния сплава отмечается на диаграмме точкой. Линии, соединяющие точки аналогичных превращений, разграничивают на диаграмме области аналогичных фазовых состояний. Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют оба компонента друг с другом в твердом и жидком состояниях, т.е. растворимы ли они в твердом и жидком состояниях, образуют ли они химические соединения и т.д. Привило фаз (закон Гиббса) Диаграммы фазового равновесия характеризуют окончательное или предельное состояние сплавов, т.е. полученное после того, как все превращения в них произошли и полностью закончились. Это состояние сплава зависит от внешних условий (температуры, давления, концентрации) и характеризуется числом и концентрацией образовавшихся фаз. Закономерность изменения числа фаз в гетерогенной системе определяется правилом фаз. Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением: С = К – Ф + 2, где С – число степеней свободы системы (или вариантность) – это возможность изменения температуры, давления и концентрации без изменения числа фаз, находящихся в равновесии; К – число компонентов, образующих систему, т.е. минимальное число химических элементов, необходимых для образования любой фазы системы; Ф – число фаз, находящихся в равновесии Фаза – это однородные (гомогенные) составные части системы, имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение и свойства, одно и то же агрегатное состояние и отделенные от составных частей поверхностями раздела); 2 – число внешних факторов, которые изменяются в системе (температура и давление). При изучении физико-химических равновесий за внешние факторы, влияющие на состояние сплава, принимают температуру и давление. Применяя правило фаз к металлам, можно во многих случаях принять изменяющимся только один внешний фактор – температуру, так как давление, за исключением очень высокого, мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях. Тогда уравнение примет следующий вид: С = К – Ф + 1, где 1 – число внешних факторов, которые изменяются в системе (температура). Так как число степеней свободы не может быть меньше нуля и не может быть дробным числом, то
К – Ф + 1 > 0,а Ф ≤ К + 1, т.е. число фаз в сплаве, находящемся в равновесном состоянии, не может быть больше, чем число компонентов плюс единица. Следовательно, в двойной системе в равновесии может находиться не более трех фаз, в тройной – не более четырех и т.д. Если в равновесии в системе с определенным числом компонентов находится максимальное число фаз, то число степеней свободы системы равно нулю: С = 0 (нонвариантное равновесие (безвариантное)). При нонвариантном равновесии сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных условиях: при постоянной температуре и определенном составе всех находящихся в равновесии фаз. Это означает, что превращение начинается и заканчивается при одной постоянной температуре и в равновесии находятся три фазы. С = const, Р = const, Т = const. В случае уменьшения числа фаз на одну против максимально возможного число степеней свободы возрастает на единицу. С = 1 (моновариантная система (одновариантная)) При моновариантном состоянии системы в равновесии находятся две фазы при постоянных концентрации и давлении, но при изменяющейся температуре. С = const, Р = const, Т ≠ const. 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
