Как определить состав фаз и их количественное соотношение при разных температурах и составах сплавов в двухфазной области диаграммы состояния двухкомпонентной системы?
Правило отрезков
В любой точке диаграммы равновесия,
когда в сплаве одновременно существуют
две фазы, можно определить концентрацию
и количество обеих фаз. Этому служит
правило отрезков или правило рычага.
Первое положение правило отрезков:
чтобы определить концентрацию компонентов
в фазах, через данную точку, характеризующую
состояние сплава, проводят горизонтальную
линию до пересечения с линиями,
ограничивающими данную область; проекции
точек пересечения на ось концентраций
показывают состав фаз. Для примера
рассмотрим сплав Х при температуре t1
на диаграмме 1 рода (рис. 2.6).
Рис
2.6 Диаграмма состояния I рода
(с применением к ней правила отрезков) Следовательно, для сплава Х при температуре t1 составы фаз определяются проекциями соответствующих точек. Состав жидкой фазы будет соответствовать точке В, а твердой фазы – точке С1. Второе положение правила отрезков: для того чтобы определить количественное соотношение фаз при данной температуре, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими состав фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз. Для сплава Х при температуре t1 это соотношение будет
или ,
где
QЖ – количество жидкой фазы; QВ –
количество кристаллов компонента В; Q
– общее количество сплава.
Отсюда количество жидкой фазы в
процентах будет
тогда
т.е.
при температуре t1 сплав Х будет состоять
из 66,7% кристаллов компонента В и 33,3%
жидкого раствора компонентов А и В. По
правилу отрезков подобным же образом
можно определить объем эвтектики и
объем кристаллов В после затвердевания.
Для сплава Х
Правило
отрезков применимо для всех двухфазных
областей любых диаграмм состояний.
Какова связь между типом диаграммы и свойствами сплавов (правило Курнакова)?
Правило Курнакова – в областях где сплавы имеют структуру твердого раствора, свойства изменяются по закону кривой линии, а где смеси твердых растворов, свойства изменятся по закону прямой линии. Как известно, вид диаграммы состояния зависит от того, какие фазы образуют оба компонента. Свойства сплава также зависят от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава. Поэтому очевидно, что между видом диаграммы состояния и свойствами сплава должна существовать определенная связь. На рис. приведены четыре основных типа диаграмм состояний и соответствующие им закономерности изменения свойств сплава с изменением концентрации :
1. При образовании смесей Свойства сплава изменяются по линейному закону (аддитивно). Следовательно, значени свойств сплава находятся в интервале между свойствами чистых компонентов.
2. При образовании твердых растворовсвойств сплава изменяются по криволинейной зависимости, причем некоторые свойства, в первую очередь электросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов. Следовательно, при образовании механической смеси электросопротивление повышается незначительно, при образовании твердого раствора — весьма сильно. Поэтому распад твердого раствора на две (или более) фазы приводит к повышению электропроводности (закон Курнакова).
3. При образовании ограниченных твердых растворов) свойства в интервале концентраций, отвечающем однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному, а в двухфазной области диаграммы — по прямолинейному закону, причем крайние точки на прямой являются свойствами чистых фаз, предельно насыщенных твердых растворов, образующих данную смесь.
4. При образовании химического соединения на диаграмме концентрация — Свойства концентрация химического соединения отвечает максимуму (или минимуму) на кривой (в данном случае перелом прямой). Эта точка перелома, соответствующая химическому соединению, называется сингулярной (особой) точкой. По диаграмме состав—свойства находим стехиометрическое соотношение компонентов данного химического соединения определяя, какой концентрации отвечает сингулярная точка.
Точное изучение свойств в зависимости от изменения концентраций (т. е. построение диаграммы состав—свойства) является важным дополнением при изучении и построении диаграмм состояний.
Метод изучения изменений свойств в зависимости от изменения состава и построения диаграммы состав — Свойства был положен Н. С. Курнаковым в основу разработанного им физико-химического анализа сплавов. В настоящее время физико-химический анализ является одним из основных методов изучения сплавов и его широко применяют в научных исследованиях новых сплавов при изучении структурных превращений и в других случаях.