Математическое выражение этого правила отображает соотношение
Правило фаз).
Определим сначала предмет изучения, который назовем Системой. Она включает в себя две составляющие – материальную и термодинамическую.
Под материальной системойвообще понимают часть пространства, заполненного веществом, которое выделяют для исследования.
Остальной окружающее пространство называют внешней средой.
С физической точки зрения есть понятия термодинамической и физико-химической систем.
Термодинамическая система (или просто система) – это часть пространства, в котором объекты могут обмениваться между собой энергией.
Выбор границ такой системы зависит от конкретной термодинамической задачи.
При полиморфном превращении в железе граница термодинамической системы – поверхность образца, реально отделяющей такую систему от окружающей ее печной атмосферы.
Если анализируется процесс насыщения углеродом из газовой среды, то термодинамическая система должна включать в себя и образец железа, и окружающую его газовую среду.
В физико-химической системе возможен обмен не только энергией, но и веществом.
Ф-х системы- это наиболее распространенные объекты исследования. В металловедении такими системами являются чистые металлы и металлические сплавы, т.е. вещества, которые при изменении внешних условий (температура, давление) могут претерпевать различные превращения.
В металловедении физико-химическими системами является совокупность бесконечно большого числа сплавов, которые можно получить при сплавлении двух и большего числа металлов (например, системы Fe-C, Al-Cu, Mg-Al-Zn и др).
Они могут состоять из одной фазы – гомогенные - или нескольких фаз – гетерогенные.
Слайд 1. Основные определения
Фаза - это гомогенная часть гетерогенной системы одинаковая по всем свойствам, не зависящим от массы.
Например, при температуре плавления в железе могут существовать расплав и кристаллы железа; Совокупность всех кристаллов железа представляет самостоятельную твердую фазу.
Компоненты – это химические эдементы, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз термодинамической системы. Компонентами углеродистой стали будут железо и углерод, компонентами латуни – медь и цинк.
Каждая фаза системы характеризуется термодинамическими параметрами: температурой, давлением, концентрацией компонентов.
Система будет находиться в равновесии при постоянных внешних условиях во времени и отсутствием в системе потоков энергии и вещества - Равновесное состояние
Фазовое (гетерогенное) равновесие – это равновесное состояние системы, состоящей их двух и более числа фаз.
Термодинамические степени свободы – это термодинамические параметры равновесной системы, которым можно придавать произвольные (в некотором интервале) значения так, чтобы не появлялись новые фазы и не исчезали старые фазы.
Число термодинамических степеней свободы называют вариантностью системы. Если вариантность системы =0 – нонвароиантная, 1 – моновариантная, 2 – дивариантная.
Правило фаз.
(С) = К – Ф + 2
2 – Число внешних независимых переменных – температура, давление.
При одинаковом составе двух фаз вариантность определяется зависимостью:
(С) = 3 – Ф, т.е. система, ведет себя как однокомпонентная.
При обработке и эксплуатации металлических материалов внешнее давление редко выходит за пределы 1-10 МПа, и его влиянием в таких случаях можно пренебречь. Тогда мы имеем следующие выражения: (С) = К – Ф + 1; (С) = 2 – Ф.
Химический состав двухкомпонентного сплава и любой из его фаз изображается точкой на оси концентраций. Отрезок АВ (рис. 3.1) принимают за 100% компонента (А и В).
А·-------------------·-------------------------------------------· В
С
А·-------------------·-----------¨----------------------à----------· В
С F D
Суммарное содержание компонентов всегда равно 100%.
Концентрации компонентов выражаются в процентах по массе или в атомных процентах. Атомные проценты, характеризующие отношение числа атомов данного компонента к числу всех атомов, используют, как правило, в теоретических работах. При решении практических задач чаще пользуются размерностью по массе (% масс.).
Правило трех точек
Состав двухфазного сплава всегда находится в промежутке между точками, изображающими составы его фаз. При распаде одной фазы на две составы образующихся фаз всегда находятся по обе стороны от состава исходной фазы.
Правило трех точек позволяет проводить качественный анализ фазового превращения с учетом трех фаз. Пользуясь этим правилом, можно на диаграмме двойной системы любой сложности анализировать даже неизвестное фазовое превращение.
Количественные соотношения определяет правило рычага, также вытекающее из закона сохранения массы.
Слайд. Правило рычага
Математическое выражение этого правила отображает соотношение
Из этого соотношения, с учетом обозначений, следует, что
m/n = q/p.
Это выражение соответствует известному в механике правилу равновесия рычага первого рода.
Отсюда название «правило рычага» или «правило отрезков».
По правилу рычага определяют, какая доля всей массы сплава приходится на ту или иную фазу в двухфазном сплаве, если известны состав сплава (опора рычага) и составы обеих фаз (концы рычага).
Типы фаз в сплавах
Твердые растворы. Это понятие введено для описания однородных твердых веществ переменного химического состава по аналогии «жидкий раствор».
Кристаллическая решетка твердого раствора всегда того же типа, что и у растворителя (элемента или химического соединения).
Тв. р. замещения. Атомы растворенного элемента замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки.