- •ФАзовые равновесия и структурообразование Учебное пособие. Ч.1
- •Введение
- •1.1. Общие представления о фазовых пространствах. 1.2. Фазовые равновесия в гетерогенных физико-химических системах и их устойчивость. Принцип Ле Шателье. 1.3. Правило фаз Гиббса.
- •1.1. Общие представления о фазовых пространствах.
- •Фазовое пространство в механике. Фазовые портреты маятников различной природы
- •1.2. Фазовое пространство в термодинамике. Фазовые равновесия в гетерогенных физико-химических системах и их устойчивость. Принцип Ле Шателье.
- •1.3. Правило фаз Гиббса.
- •1.4. Контрольные вопросы
- •2.1. Цель, задачи и методологические принципы физико-химического анализа.
- •2.1. Цель, задачи и методологические принципы физико-химического анализа. 2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентной системе. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Р-т-V диаграмма.
- •2.2. Фазовые равновесия в однокомпонентной системе. Уравнение Клаузиуса – Клапейрона. Р-т-V диаграмма.
- •2.3. Контрольные вопросы
- •3.1. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Зависимость энергии Гиббса от состава. 3.2.Твердые растворы: условия их образования и распада.
- •3.1. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Зависимость энергии Гиббса от состава.
- •3.2.Твердые растворы: условия их образования и распада.
- •3.3. Контрольные вопросы
- •4.1. Геометрические образы моно- и нонвариантных фазовых равновесий в двухкомпонентных системах. 4.2. Сложные диаграммы состояния бинарных систем.
- •4.1. Геометрические образы моно- и нонвариантных фазовых равновесий в двухкомпонентных системах
- •4.2. Сложные диаграммы состояния бинарных систем
- •4.3. Контрольные вопросы
- •Основные положения теории кристаллизации
- •5.1 Строение жидкости
- •Термодинамические условия кристаллизации.
- •5.3. Рост кристаллов
- •6. Формирование структуры сплавов в двойных металлических системах
- •6.1. Фазовое и структурное состояние сплавов
- •6.1.1. Основные термины и понятия
- •6.2 Строение и состав твердых фаз
- •7. Формирование структуры сплавов в двойных металлических системах
- •7.1 Диаграмма состояния с непрерывным рядом жидких и твердых растворов
- •7.2 Неравновесные условия кристаллизации твердых растворов
- •7.3 Диаграммы эвтектического типа
- •7.4 Диаграммы перитектического типа
- •7.5 Диаграмма монотектического типа
- •7.6 Диаграммы состояния систем с промежуточными фазами
- •7.6.1 Диаграммы состояния систем с конгруэнтно плавящимися промежуточными фазами
- •7.6.2 Диаграммы состояния систем с инконгруэнтно плавящимися промежуточными фазами
- •Список рекомендуемой литературы
4.3. Контрольные вопросы
1. Какие геометрические образы соответствуют областям бивариантного, моновариантного и нонвариантного равновесий в бинарной системе?
2.Какая вариантность и какой характер фазового состава соответствует эвтектическому равновесию?
3. Чем эвтектоидное равновесие отличается от эвтектического?
4. Назовите правила соединения элементов в комбинированную диаграмму.
Основные положения теории кристаллизации
Кристаллизация металлов и сплавов – это процесс, который во многом определяет строение и свойства готовой металлопродукции, поскольку от условия получения литой структуры слитка или отливки зависит содержание в них легирующих компонентов и примесей, наличие в них пор и раковин, степень завершенности структурных и фазовых превращений после затвердевания.
На формирование литой структуры влияет строение и свойства металлической жидкости, температура ее перегрева перед кристаллизацией, степень ее загрязненности примесями и другие ее характеристики.
5.1 Строение жидкости
Наибольшим количеством дефектов решетки обладают жидкие металлы. Еще недавно полагали, что в жидком состоянии атомы металла располагаются хаотически. Это приводило к отождествлению жидкого металла с газообразным состоянием.
Однако на основании проведения тонких методов исследования жидких металлов было показано, что строение жидкого металла гораздо ближе к твердому состоянию, чем к газу.
В жидком состоянии, как и в твердом металле, наблюдается тенденция к правильному расположению атомов. Каждый атом окружен определенным числом ближайших атомов в зависимости от природы металла и температуры. Микрообъемы с расположением атомов, подобным кристаллическому, называют кластерами. Таким образом, существуют кластеры и участки расплава, имеющие хаотическое строение. Однако вследствие интенсивного теплового движения часть атомов теряется данной группой атомов (кластером) и присоединяется к другой, причем процесс обмена атомами между группами протекает непрерывно, а ориентация групп атомов в пространстве также непрерывно изменяется, и не подчиняется каким-либо закономерностям.
При плавлении металла происходит заметное увеличение объема (на 2-6 %). Однако этот рост не является следствием только равномерного увеличения междуатомных расстояний. Как указывает Я.И. Френкель, жидкость состоит из областей, которые имеют порядок относительно близкий к имеющемуся в твердом теле, и расширенных областей, т.е. разрывов или трещинок, которые возникают то здесь, то там и сразу же залечиваются.
Такое разделение всего объема жидкого металла на группы и геометрически правильное строение внутри них называют термином - ближний порядок. Регулярное расположение атомов во всем объеме металла, присущее твердому телу, называется дальним порядком.
Таким образом, при оценке характера состояния дефектов кристаллического строения расплавленных металлов, можно говорить о том, что в жидкости сохраняется только ближний порядок, а дальний порядок нарушается полностью в процессе плавления.
Необходимо отметить, что реальный расплавленный металл не является гомогенным. В нем в виде тончайшей взвеси находятся высокодисперсные тугоплавкие частицы – оксиды, карбиды, нитриды и др., перешедшие в расплав из шихты или образовавшиеся при взаимодействии расплава с футеровкой печи (стенками тигля) и с окружающей атмосферой. Эти дисперсные частицы в расплаве оказывают сильнейшее влияние на формирование структуры металла или сплава (отливок) при кристаллизации.