Диаграмма состояния для случая образования компонентами химического соединения

1.  Диаграмма изображенная на чертеже называется – диаграмма

состояния для случая образования компонентами химического соединения. Данная диаграмма характерна для сплавов компоненты которых имеют неограниченную растворимость в жидком состоянии, а в твердом вступают в химическую реакцию образуя новое вещество – химическое соединение.

Определим фазы в различных областях диаграммы, для чего установим на диаграмме: линию ликвидус (ABCDEYWQ), характеризующую температуры начала процесса кристаллизации, выше которых сплавы находятся в жидком состоянии; линию солидус (APBMODGNKMWL), соответствующую температурам, ниже которых сплавы находятся в твердом состоянии.

Между линиями ликвидус и солидус одной фазой является жидкость (Ж), а другой фазой - образующиеся из нее кристаллы

твердой фазы, природу которой следует установить.  При этом  важно помнить,  что  могут  быть  в  принципе различающиеся три типа твердых фаз: чистые компоненты (вещества, которые образуют сплавы), химические соединения и твердые растворы.  Из них две первые имеют постоянный состав, твердые растворы — переменный.

Пользуясь правилом отрезков определяем состав твердой фазы в областях АРВ и СМВ. Из данного правила следует, что состав твердой фазы при температуре в точке а соответствует проекции точки т на ось концентраций и данным компонентом является Cu. Состав твердой фазы в области СМВ определяем аналогично, проектируя соответствующую  точку на ось концентраций. Таким образом твердая фаза в области СМВ – PrCu₄.

Состав жидкой фазы в области АРВ по мере понижения температуры изменяется по проекции линии ликвидус АВ , в области СМВ - по проекции линии ликвидус СВ.

Состав твердой фазы в остальных областях находим аналогично, а также определяем изменение состава жидкой фазы.

Ниже линии солидус находятся в качестве фаз лишь твердые кристаллы.

Превращение, при котором кристаллизация двух фаз происходит при постоянной температуре называется эвтектическим, а образующаяся структура эвтектикой. Схема такого превращения следующая:

Ж --- Э(А+В).

2.  Рассмотрим кривую охлаждения.

До точки 1, показывающей температуру начала кристаллизации, компоненты находятся в жидком состоянии(Ж).

На участке кривой, находящимся между точками 1 и 2 происходит кристаллизация с выделениями первых кристаллов компонента Си.  

Отрезок 2-2’ кривой охлаждения показывает, что процесс кристаллизации осуществляется при постоянной температуре, а образовавшимся компонентом является эвтектика (мелкая дисперсная механическая смесь определенного химического состава). На диаграмме – эвтектикой называется сплав соответствующий точке В. Сплавы расположенные до точки В называются доэвтектическими, а ниже точки В заэвтектическими. Дальнейшее понижение температуры от точки 2’  сопровождается понижением концентрации фазы Си. Окончательная структура сплава состоит Си + Э(Си + PrCu₄).

Рассмотрим кривую нагревания.

До температуры отмеченной точкой 1 все компоненты находятся в жидком состоянии(Ж). В интервале температур, обозначенном точками 1-2, из жидкого сплава выделяются первые кристаллы твердой фазы компонента Pr.

На отрезке кривой 2-2’ происходят эвтектические превращения, в результате чего образуется мелкая дисперстная механическая смесь Э(PrCu+Pr).

Ниже температуры точки 2’ концентрация фазы Prпонижается и образуется окончательная структура                       Pr + Э (PrCu+Pr).

Подтвердить правильность построения графиков можно при помощи правила Гиббса:

С=К+1-Ф

С – степень свободы, определяется числом независимых переменных, которые можно изменить в определенных пределах не нарушая равновесие системы.

К – количество компонентов.

Ф – число фаз.

Для кривой охлаждения число степеней свободы равно:

С₁=2+1-2=1;

Степень свободы равная единице говорит о том, что процессы происходят при переменной температуре, на графике будет перегиб.

С₂=1+1-2=0;

Степень свободы равна 0, следовательно процессы происходят при постоянной температуре (эвтектические превращения). 

Для кривой нагревания число степеней свободы равно:

С₁=2+1-2=1(перегиб)

С₂=1+1-2=0 (t = const).

3.  Пользуясь правилом отрезков можно определить количественное

соотношение и химический состав фаз.

Для того, чтобы определить концентрацию компонентов в

фазах области АВР выберем точку а и проведем через нее горизонтальную линию до пересечения с линиями ограничивающими данную область. Проекции точек пересечения на ось концентраций указывает на состав фаз??????????

Определяем количественное соотношение фаз:

а) Проводим изотерму через данную точку сплава до пересечения с линиями ограничивающими сплав.

б) Находим значение отрезков на которые линия сплава делит изотерму. Зная данные отрезки можно найти соотношение между жидкой и твердой частями сплава:

Согласно   правилу    Курнакова    для    случая,    когда  диаграмма    состояния соответствует образованию химического соединения, свойства сплавов с изменением состава изменяются по закону прямой линии (аддитивно).