• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ЛЕКЦИЯ № 1. Информационные и коммуникационные технологии: сущность и исторические этапы их развития. 3 страница

При зменшенні числа фаз система може бути моноваріантної (З=1) (одноваріантної) або бивариантной (З=2) (двухвариантной).

§ 5. Діаграми стану подвійних сплавів.

Діаграми стану в зручній графічній формі показують фазова сполука сплаву залежно від температури й концентрації.

Діаграми стану будують для умов рівноваги або близьких до них.

Рівноважний стан відповідає мінімальному значенню вільної енергії. Цей стан може бути досягнуто тільки при дуже малих швидкостях охолодження або тривалому нагріванні. У реальних умовах сплави перебувають у метастабільному стані. Вивчення діаграм фазової рівноваги дозволяє встановити природу метастабільного стану й умови його використання.

Існують наступні типи діаграм стану:

I тип діаграма стану сплавів з необмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані й відсутності розчинності у твердому стані;

II тип діаграма з необмеженою розчинністю компонентів у рідкому й твердому стані;

III тип діаграма з необмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані й обмеженій розчинності їх у твердому стані;

IV тип діаграми з необмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані й утворенням хімічних сполук у твердому стані;

V тип діаграма з необмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані й поліморфному перетворенні у твердому;

VI тип діаграма з обмеженою розчинністю компонентів у рідкому стані й нерозчинністю у твердому стані.

§ 6. Методика побудови діаграм стану.

Діаграма I типу.

Діаграма стану сплаву являє собою графіка, по осі ординат якого відкладають температуру, а по осі абсцис - концентрацію компонентів.

Крайня ліва крапка на діаграмі по осі абсцис відповідає 100% концентрації металу А и 0% металу В.

Крайня права крапка на осі абсцис відповідає 100% концентрації металу В и 0% А.

Кожна проміжна крапка визначає конкретний сплав цілком певного хім. сполуки.

Звичайно на горизонтальній осі показують зміна змісту одного компонента в сплаві. Сума ж обох компонентів дорівнює 100%.

Кожна вертикаль, проведена через крапку на горизонтальній осі, відповідає зміні температури певного сплаву (лінія сплаву). Кожна крапка на діаграмі визначає стан сплаву заданого хім. сполуки при даній температурі.

Для побудови діаграм використають метод термічного аналізу. З його допомогою визначають критичні крапки сплавів і будують криві охолодження.

При побудові діаграми беруть серію сплавів металів А и В різного хім. сполуки. Криві охолодження для цих сплавів будують у координатах температура - час. Охолодження при цьому ведеться дуже повільно, щоб процес кристалізації протікав в умовах близьких до рівноважного.

Рис.

Рис.

Крива I ставиться до чистого металу А(Pb), а крива V1 – чистому металу В(Sb). Крапки, що відповідають початку кристалізації, з'єднують суцільною лінією, що наз. лінією ліквідус, а крапки, що відповідають кінцю кристалізації, утворять лінію солідус. Вище лінії ліквідус всі сплави перебувають у рідкому стані, а нижче лінії солідус - у твердому. Компоненти не розчиняються друг у другу, а утворять просту механічну суміш. Розглянемо кристалізацію сплаву II. Кристалізація починається в крапці 1 виділенням з рідини кристалів А(Pb). Випадання кристалів супроводжується виділенням тепла, тому на кривій охолодження лінія більше полога, тобто швидкість охолодження зменшується. Випадання кристалів відбувається в інтервалі температур 1 - 2. У цьому інтервалі сплав перебуває у двофазному стані: рідина + тверді кристали компонента А(Pb). У міру охолодження кількість кристалів Pb збільшується. Концентрація А в рідкому сплаві зменшується, а компонента В - збільшується. До моменту температури 2 сполука рідини настільки збагачується В, що при випаданні чергового кристала металу А поруч із ним утвориться тонкий шар рідкого сплаву з високим змістом металу В. По сторонах кристала А виростають два кристали В. Але утворення цих кристалів приводить до місцевого зниження концентрації В у рідини й тоді утвориться знову два кристали А. Таке почергове випадання кристалів А и В приводить до утворення механічної суміші.

Механічна суміш двох кристалів, що одночасно утворяться з рідини, наз. эвтектикой. Рідкий сплав може перетворюватися в кристали эвтектики тільки при досягненні певної постійної сполуки. Це перетворення відбувається при постійній температурі. Для сплавів Pb-Sb эвтектика кристалізується при температурі 246⁰С и сполуці 13% Sb.

Сплави, що містять менш 13% Sb, наз. доэвтектическими, а понад 13% Sb – заэвтектическими.

Кристалізація заэвтектического сплаву буде проходити подібно доэвтектическим, але по лінії ліквідус будуть виділятися кристали чистої Sb.

При кристалізації в інтервалі температур 1 – 2 рідина буде постійно змінювати свою сполуку, тому що з її виділяються кристали Pb. Сполука рідини при цьому буде змінюватися по лінії ліквідус, а сполукатвердої фази – по лінії солідус.

§ 7. Правило відрізків.

Для характеристики будови сплаву часто потрібно не тільки якісне, але й кількісне визначення складових. Наприклад, доэвтектические сплави Pb - Sb при кімнатній температурі все будуть мати кристали Pb і эвтектику, але кількість цих складових буде по-різному, тому й властивості їх також будуть різні.

Для кількісного визначення користуються правилом відрізків.

Для визначення кількості рідкої й твердої фази сплаву по діаграмі варто надійти в такий спосіб:

1. Провести лінію сплаву заданий^-ний концентрації;

2. При заданій температурі про^-вести горизонтальну лінію (ізотерму, каноду) до пересече-ния з лініями діаграми, ог-раничивающими дану обла-сть;

3. Знайти крапки перетинання з-терми з лініями діаграми. Визначити сполука рідкої й твердої фази.

4. Співвідношення між рідкою й твердою частинами сплаву буде назад пропорційно відрізкам, на які лінія сплаву ділить ізотерму:

=

5. Тоді кількість твердої фази визначається по формулі:

=,

а кількість рідкої фази:

=

=100%

§8. Діаграма стану другого типу

(для випадку повної взаємної розчинності)

Ця діаграма характерна для сплавів з необмеженою розчинністю компонентів як у рідкому, так і у твердому стані. Для цих сплавів характерне утворення необмежених твердих розчинів.

Рис.

Лінія АmВ – лінія ліквідус, лінія АnВ – солідус. Вище лінії АmВ всі сплави перебувають у рідкому стані. Між лініями ліквідус і солідус всі сплави перебувають у двофазному стані – ж + кристали твердого розчину . Перетворення це відбувається з виділенням тепла, тому вповільнення швидкості охолодження на кривій охолодження. Після затвердіння нижче т. 2 відбувається охолодження твердого розчину, що протікає вже більш швидко. Сполука твердої фази змінюється по лінії солідус, а рідкої - ліквідус.

При затвердінні твердих розчинів сплав має дендритна будова. Центральні частини кристала (осі перших порядків), що утворяться при більше високих температурах, будуть найбільш багаті тугоплавким компонентом, а периферійні частини й осі вищих порядків - збагачені менш тугоплавким. Для вирівнювання концентрації по об'єму потрібна дифузія атомів усередині кристалів. Дифузійні процеси в реальних умовах охолодження протікають повільно, тому сполука в різних місцях кристала не встигає вирівнюватися.

Розходження сполуки в тому самому кристалі наз. дендритною або внутрікристалічною ліквацією.

Чим більше відстань між лініями ліквідус і солідус, тим більше можлива дендритна ліквація сплаву.

Дендритну ліквацію можна в значній мірі усунути шляхом нагрівання сплаву у твердому стані до температур отжига, у результаті чого виходить однорідна зерниста структура.

§ 9. Діаграма стану III типу (для випадку обмеженої розчинності компонентів у твердому стані)

Обмежена розчинність найбільше часто зустрічається в металевих сплавах.

При утворенні обмежених твердих розчинів розрізняють два типи діаграм: з эвтектическим перетворенням і з перитектическим.

Діаграма стану сплавів, що утворять обмежені

тверді розчини й эвтектику.

Рис.

Лінія АСВ - ліквідус

АДСКВ - солідус

ДСК - эвтектического перетворення

Крапка Д - гранична розчинність компонента В у А

Лінія ДМ - зміна розчинності В у А

Крапка ДО - гранична розчинність А в У

Лінія КN зміна розчинності А в У

Крапка З - крапка эвтектического перетворення

Э А(В) В(А)

Кристалізація сплаву I іде подібно кристалізації сплавів по діаграмі II типу. У результаті виходить однорідний твердий розчин А(В). Кристалізація сплаву III іде аналогічно кристалізації сплавів по діаграмі I типу. У результаті сплав має надлишкові кристали + эвтектику .

Розглянемо кристалізацію сплаву II. Від т.1 до т.2 в інтервалі температур з рідини виділяються кристали твердого розчину . У т.2 кристалізація закінчується й від т.2 до т.3 іде охолодження сплаву.

При температурі т.3 у сплаві починається вторинна кристалізація. Внаслідок того, що розчинність У в А міняється по лінії ДМ, нижче т.3 не може розчинитися стільки компонента В скільки його перебуває в сплаві. Ця надлишкова частина компонента стає розчинником і утворяться кристали твердого розчину . Вторинні кристали, виділяючись із твердого розчину, розташовуються по границях зерен або усередині самого зерна. В эвтектике ці вторинні кристали зливаються з первинними й при мікродослідженні не виявляються.

Якщо розчинність компонентів зі зниженням температури не змінюється, то вторинних кристалів не утвориться.

Діаграма стану сплавів, що утворять

обмежені тверді розчини й перитектику.

Утворення твердого розчину можливо не тільки з рідини , а й за допомогою взаємодії рідкої й твердої фаз. Такий процес утворення нової фази наз. перитектическим, а температура, при якій він відбувається – перитектической.

Лінія АСВ - лінія ліквідус, АКДВ - солідус, КЕ й ДF - лінія розчинності компонентів(залежно від температури не змінюється).

Розглянемо кристалізацію перитектического сплаву I1. У т.1 з рідини починають випадати кристали твердого розчину .Концентрація рідини міняється по лінії СВ, а -розчину по лінії ВД. По досягненні температури т.До відбувається перитектическая реакція:

Для сплавів находящихся між крапками С и К перитектическая реакція відбувається при надлишку рідини:

Тому після перитектической реакції кристалізація не закінчується й сплав має двофазну будову:. При подальшому зниженні температури з рідини кристалізується твердий розчин . Після затвердіння структура сплаву буде складатися тільки із твердого розчину .

Для сплавів між т.К и т.Д перитектическая реакція проходить при надлишку :

У результаті після затвердіння сплави будуть мати структуру складається з . Розміри й форма кристалів і і їхнє взаємне розташування залежить від умов кристалізації. Найбільше часто ця структура складається з розвинених кристалів, що чергуються, і й наз. перитектикою. Перитектическое перетворення характерно для сплавів заліза з вуглецем, міді із цинком.

§10. Діаграма стану VI типу для сплавів,

утворюючу стійку хімічну сполуку.

Якщо компоненти А и В утворять стійке хім. сполука ,то діаграму можна розділити на дві частини

Рис.

Э₂ → В + А_n В_m

Кожну із цих частин можна розглядати як окрему діаграму I типу, де одним з компонентів виступає хім. сполука .

Стійке хім. сполука може перебуває з компонентами в будь-якій розчинності, тому між ним і А и В можуть бути діаграми будь-якого типу.

§11. Діаграма стану V типу для сплавів, компоненти

яких мають поліморфні перетворення.

Поліморфні перетворення одного або обох компонентів сплаву змінюють його структуру й властивості. Такі перетворення відбуваються в багатьох промислових сплавах, напр. у сплавах заліза, титану й ін.

Великий практичний інтерес представляють сплави, у яких один з компонентів або обоє мають поліморфні перетворення. У цих випадках у результаті термообробки можна одержувати метастабільні стани структури з підвищеними властивостями.

Діаграма стану сплавів, що утворять тверді розчини з необмеженою розчинністю, у яких один з компонентів А має дві модифікації Аи А.

Всі сплави після затвердіння складаються з однорідного -розчину який є твердим розчином компонента А(у стані, коли він має -модифікацію) і В.

При зниженні температури А-модифікація перетворюється в А-модифікацію. У зв'язку із цим в області, обмеженої лініями ас і ав ,у рівновазі перебувають 2 фази , де -фаза є твердим розчином компонента В у -модифікації компонента А, а -фаза – твердим розчином У в -модифікації А.

Нижче лінії ав сплави складаються тільки з -фази. Кристалічна решітка -розчину відмінна від решітки -розчину. На діаграмі лінія ас при охолодженні відповідає температурі початку, а лінія ав – температурі закінчення поліморфного перетворення.

При температурі нижче лінії ас -твердий розчин в умовах рівноваги стає нестійким, і в його кристалах виникають зародки -твердого розчину. Розвиток перетворення можливо тільки при подальшому охолодженні сплаву. кристали, Що Утворяться, -твердого розчину при зниженні температури змінюють свою сполуку по лінії св , а кристали -твердий розчину по лінії ас.

При температурах, що відповідає лінії ав, поліморфне перетворення закінчується, і при більше низькій температурі сплави мають однофазну структуру -твердого розчину.

У сплавах, що перебувають між крапками в и с перетворення при кімнатній температурі не закінчується, і після охолодження ці сплави зберігають двофазну структуру .

Сплави лежачі правее крапки з , не перетерплюють поліморфного перетворення й при всіх температурах мають структуру -твердого розчину.

З діаграми стану видно, що поліморфне перетворення при охолодженні в умовах, близьких до рівноваги, протікають в інтервалі температур і супроводжується дифузійним перетворенням компонентів між обома фазами.

Діаграма стану сплавів, з поліморфними

перетвореннями компонентів і эвтектоидным перетворенням.

Це діаграма для сплавів, у яких високотемпературні модифікації компонентів мають повну взаємну розчинність, а низькотемпературні й - обмеженої.

У результаті первинної кристалізації всі сплави цієї системи утворять однорідний -твердий розчин. Зі зниженням температури, -твердий розчин розпадається внаслідок обмеженої розчинності компонентів і модифікації. Лінії ас і вс відповідають температурам початку розпаду -твердого розчину. При температурах нижче лінії ас у рівновазі перебувають кристали твердих розчинів і , сполука яких визначається лініями ас (-фаза) і пекло (-фаза).

При температурах нижче лінії вс у рівновазі перебувають і фази. Сполука -твердого розчину змінюється по лінії вс , а -фази по лінії вс.

Лінія дf указує на зміну граничної розчинності компонента В у -модифікаціях компонента А в залежності від температури, а лінія ек – компонента А в -модифікації компонента В.

По досягненні температури лінії dce твердий розчин, сполука якого відповідає крапці з (), при постійній температурі розпадається (з=0):

(эвтектоид)

Розпад -розчину на суміш двох фаз аналогічний эвтектическому перетворенню, але в цьому випадку вихідною фазою буде твердий розчин, а не рідина, як при эвтектическом перетворенні.

Таке перетворення наз. эвтектоидным, а суміш отриманих кристалів () – эвтектоидом.

Сплави, розташовані левее т. з , наз. доэвтектоидными; сплав, що відповідає т. з – эвтектоидным, а сплави, розташовані правее т.з – заэвтектоидными.

Будова эвтектоида завжди тонше, ніж эвтектики. Чим більше ступінь переохолодження -твердого розчину, тим дисперснее фази, що утворять эвтектоид. Змінюючи ступінь дисперсності фаз в эвтектоиде, можна в широких межах міняти механічні й фізичні властивості сплавів.

§12. Зв'язок між діаграмами стану,

будовою й властивостями сплавів.

A_n B_m

При утворенні эвтектики властивості змінюються по прямої лінії. Для эвтектических сплавів спостерігається підвищення твердості.

При утворенні безперервного ряду твердих розчинів властивості змінюються по криволінійній залежності. Утворення твердих розчинів завжди супроводжується значним збільшенням электросопротивления й зменшенням температурного коефіцієнта электросопротивления.

У сплавах з обмеженою розчинністю властивості при концентраціях, що відповідають однофазному твердому розчину, змінюються по криволінійній залежності, а двофазної області – по прямій. Крайні крапки на прямій є властивостями гранично насичених твердих розчинів.

При утворенні механічної суміші, наприклад фаз, деякі властивості () являють собою середні із властивостей фаз, що утворять суміш.

При концентрації, що відповідає хімічній сполуці, відзначається характерний перелом на кривій властивостей. Це пояснюється тим, що хімічні сполуки мають індивідуальні властивості, що звичайно різко відрізняються від властивостей утворюючих їхніх компонентів.

А. А. Бочвар показав, що існує певний зв'язок між діаграмою стану й ливарних властивостей.

Сплави зі структурою твердих розчинів мають низькі ливарні властивості (погана жидкотекучесть, схильні до утворення неуважної пористості й тріщинам). Для одержання високих ливарних властивостей концентрація компонентів у ливарних сплавах повинна перевищувати їхню максимальну розчинність у твердому стані й наближатися до эвтектическому сполуки (обмежені тверді розчини).

Сплави зі структурою твердих розчинів пластичні, тому добре піддаються обробці тиском – прокочуються, куються, пресуються, але погано піддаються різанню.

Эвтектические сплави володіють гарної жидкотекучестью, усадка в них проявляється у вигляді концентрованої раковини.

Пластичність сильно знижується з появою в структурі эвтектики, тому в деформируемых сплавах максимальна розчинність при эвтектической температурі є верхньою межею змісту компонентів.

§13. Поняття про діаграми стану

потрійних сплавів.

Діаграма стану потрійних сплавів має вигляд тригранної призми. Підставою призми служить рівносторонній трикутник, що вказує концентрацію компонентів. Цей трикутник наз. концентраційним.

Компоненти, що утворять сплав, указують у вершинах трикутника, подвійні сплави - на сторонах трикутника, а потрійні сплави - крапками усередині трикутника.

Для визначення сполуки потрійного сплаву використають властивості рівностороннього трикутника: якщо через будь-яку крапку усередині трикутника, напр. М, провести прямі, паралельні сторонам, то сума відрізків а, в, з, відсічених на сторонах, дорівнює стороні трикутника: а+в+з=АВ=ВР=СА.

За 100% один з компонентів приймають сторону трикутника. Для визначення сполуки сплаву, що відповідає т. М, користуються відрізками Mh, Mk, Md, рівними відповідно відрізкам а, в, с. Концентрації відраховують по годинній стрілці. Тоді відрізок а відповідає змісту компонента А, відрізок в – В, з – С. Температури відкладають по висоті призми. У зв'язку із цим для вказівки фаз і структури потрійного сплаву залежно від концентрації й температури необхідно просторове зображення відповідної діаграми. Для одержання діаграм стану потрійних сплавів спочатку будують (як і для подвійних сплавів) криві охолодження в координатах температура - час. Ці сплави відзначають крапками в концентраційному трикутнику; з них відновлюють перпендикуляри, на яких при відповідних температурах відкладають критичні крапки. Через ці крапки проводять поверхні (замість ліній на діаграмі подвійних сплавів).

Читайте також:

1. I. ОБРАЗОВАНИЕ СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ 14 страница
2. А. В. Дудник 1 страница
3. А. В. Дудник 10 страница
4. А. В. Дудник 11 страница
5. А. В. Дудник 12 страница
6. А. В. Дудник 2 страница
7. А. В. Дудник 3 страница
8. А. В. Дудник 4 страница
9. А. В. Дудник 5 страница
10. А. В. Дудник 6 страница
11. А. В. Дудник 7 страница
12. А. В. Дудник 8 страница

Переглядів: 873