Диаграмма состояния системы с эвтектикой

Наиболее простыми являются диаграммы состояния систем, в которых компоненты неограниченно смешиваются в жидком состоянии, совершенно не смешиваются в твердом, химически не взаимодействуют друг с другом и не образуют твердых растворов.

Образование таких диаграмм наблюдается, как правило, в том случае, когда компоненты А и В имеют разные типы кристаллических решеток и различные размеры радиусов частиц решетки, или при наличии одинакового типа решетки резко различных радиусов частиц. Диаграмма состояния системы с простой эвтектикой для компонентов А и В схематически представлена на рис.3.7.

Любую фазовую диаграмму следует разбирать по следующему плану:

1. Описать все поля, все характерные линии и точки.

2. Построить кривую охлаждения из точки заданного состава.

3. Для каждого участка кривой охлаждения применить правило фаз Гиббса.

4. Определить состав всех соединений и записать их формулы.

5. Применить правило рычага к указанной точке.

 

Рис.3.7. Диаграмма состояния системы с эвтектикой.

 

Значение полей
Ж	расплав
А+Ж	расплав + кристаллы компонента А
В+Ж	расплав + кристаллы компонента В
А+В	механическая смесь кристаллов компонентов А и В
Значение линий
ТАЕ	линия ликвидуса – каждая точка линии показывает состав расплава, который находится в равновесии с кристаллами компонента А
ЕТВ	линия ликвидуса – каждая точка линии показывает состав расплава, который находится в равновесии с кристаллами компонента В
FЕG	линия солидуса (линия эвтектики) – каждая точка показывает состав системы, состоящей из расплава состава точки Е, и двух твердых фаз – кристаллов компонента А и кристаллов компонента В, находящихся в равновесии, ниже этой линии жидкая фаза отсутствует
Значение точек
ТА	температура плавления компонента А
ТВ	температура плавления компонента В
Е	точка эвтектики
ТЕ	температура эвтектики

Эвтектика – механическая мелкозернистая смесь кристаллов двух компонентов, обладающая самой низкой температурой кристаллизации.

Механическая смесь кристаллов компонентов А и В, которая одновременно кристаллизуется при температуре Т_Е – твердая эвтектика . Твердая эвтектика состоит из равномерно распределенных мельчайших кристаллов обоих компонентов, что обуславливает ряд ценных механических свойств эвтектических сплавов.

Точка Е пересечения кривых Т_АЕ и ЕТ_В показывает температуру и состав расплава, который одновременно находится в равновесии с кристаллами компонента А и компонента В – точка эвтектики.

Расплав, состав которого соответствует точке Е – эвтектический расплав .

На линии эвтектики FЕG в равновесии находятся три фазы:

· расплав состава точки Е ( );

· кристаллы компонента А;

· кристаллы компонента В.

По достижении температуры эвтектики ( Т_Е ) наступает эвтектическая реакция – из расплава выделяются кристаллы обоих компонентов:

Линия, показывающая изменение состава жидкой фазы от начала процесса охлаждения расплава до его полной кристаллизации – путь кристаллизации (кривая Mаb₁E ).

Рассмотрим процесс охлаждения расплава, заданного точкой М.

 

Таблица 3.1

Результат рассмотрения процесса охлаждения расплава из точки М

Точка	Что происходит	Ф	С	Что означает число степеней свободы
М	Охлаждение расплава			Можно менять температуру и состав расплава
а	Появляются первые кристаллы компонента А			Можно менять только температуру
b	Продолжают выпадать кристаллы компонента А, состав расплава b1, состав твердой фазы b2			Можно менять или температуру или состав расплава

 

Продолжение таблицы 3.1

d	Одновременно кристаллизуются компоненты А и В, на кривой охлаждения участок d-d’			Система инвариантна
е	Охлаждение механической смеси компонента А состава е2 и компонента В состава е1			Можно менять только температуру

 

 

Определение количественных соотношений между фазами.

Правило рычага

Фигуративная точка – любая точка на диаграмме, характеризующая температуру и состав системы.

Коннода (нода) – соединительная линия двух сопряженных точек (изотерма).

Изоплета – линия постоянного состава.

Количественные соотношения между массами фаз гетерогенной системы находят с помощью правила рычага.

Рассмотрим систему, изображенную на рис.3.8.

Рис.3.8. Фазовая диаграмма с эвтектикой для определения содержания компонентов по правилу рычага.

 

Точка К – ненасыщенный расплав состава g₀.

Точка Р₀, состава g₀, отражает валовый (общий) состав.

Точки Р₁ состава g₁ и Р₂ состава g₂ отражают состав жидкой и твердой фаз соответственно (сопряженные точки).

Р₀=Р₁+Р₂ (3.13)

Составим материальный баланс по компоненту В.

g₀ – процентное содержание компонента В в системе;

g₁ – процентное содержание компонента В в жидкой фазе;

g₂ – процентное содержание компонента В в твердой фазе.

Материальный баланс компонента В можно описать уравнением:

, (3.14)

отсюда:

(3.15)

Уравнение (3.15) называется правилом рычага.

 

Правило рычага: отношение масс жидкой и твердой фазы обратно пропорционально отношению отрезков, на которые делит данная фигуративная точка конноду (ноду).

При изотермическом изменении валового состава от точки Р₀ до точки составы равновесных фаз не меняются и определяются теми же точками Р₁ и Р₂, происходит относительное изменение масс жидкой и твердой фаз, которые вычисляют по правилу рычага. В нашем примере (рис. 3.8) масса расплава уменьшается, а масса кристаллов компонента В увеличивается.

Продолжительность температурной остановки на кривых охлаждения тем больше, чем ближе состав исходного расплава к составу эвтектики.

 

Химические соединения

 

Твердое химическое соединение постоянного состава – однофазная система, имеющая одну кристаллическую решетку, в которой частицы компонентов правильно чередуются и соотношение между компонентами в кристаллической решетке одно и то же.

 

При образовании химического соединения:

· соотношение чисел атомов (молекул) соответствует стехиометрическим коэффициентам в его химической формуле (в общем виде химическое соединение двух элементов, например, металлов можно обозначить );

· образуется специфическая (отличная от элементов, составляющих химическое соединение) кристаллическая решетка с упорядоченным расположением в ней атомов или молекул компонентов.

Химическое соединение характеризуется определенной температурой плавления (диссоциации).

Так как химическое соединение характеризуется определенным соотношением компонентов, то это отражается на диаграмме вертикальной линией, пересекающей ось абсцисс в точке, соответствующей данному соотношению компонентов в химическом соединении.

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до плавления – конгруэнтно плавящееся химическое соединение, и неустойчиво, если при нагревании оно разлагается – инконгруэнтно плавящееся химическое соединение. В зависимости от этого различают два типа диаграмм. Кроме того, возможно образование нескольких химических соединений между двумя компонентами.

 

Предыдущая3456789101112131415161718Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. ERP II – ERP-системы второго поколения.
2. I. 49. Основные принципы разработки системы применения удобрений.
3. I. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ, ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ СФЕРЫ КУЛЬТУРЫ И ИСКУССТВА
4. II. Травматические повреждения нервной системы
5. V2: Тема 7.5 Плащ. Центры первой и второй сигнальных систем. Функциональные системы головного мозга.
6. Абсолютное движение - движение тела относительно условно неподвижной системы отсчета.
7. Автоматизация ресторанов, гостиниц, кинокомплексов, баров, культурно-оздоровительных, бильярдных и боулинг центров на базе системы R-Keeper
8. Автоматизированные системы регистрации
9. Адаптация RIP-маршрутизаторов к изменениям состояния сети
10. Аксиома статики о равновесии системы двух сил. Аксиома параллелограмма сил.
11. Анализ мажоритарной избирательной системы
12. Анализ одноканальной системы массового обслуживания с ожиданием.