Диаграмма равновесия

    Рассмотрим  фазовые превращения второго типа с образованием новой фазы из двух взаимодействующих:

    1 - синтектинеское превращение Ж’ ↔Ж’’ + Ф, где Ж’ и Ж’’ - жидкие растворы разного химического состава, Ф - химическое соединение или промежуточная фаза переменного состава (см. рис. 3.4). Встречается в системах In-Rb, Са-К, Fe-O и др. Расслоение жидкости также используется в технологических процессах извлечения цветных металлов.

    2 - перитектическое превращение Ж ↔Ф₁ + Ф₂ (см. рис. 3.4). При взаимодействии жидкого раствора с твердой фазой (компонентом, твердым или промежуточной фазой) образуется новая фаза (твердый раствор, химическое соединение или промежуточная фаза). Превращение встречается во многих системах, например, Pt с W, Ag, Ru; Ti с W, Os; Au-Bi и др.

    3 - перитектоидное превращение Ф₁ ↔Ф₂ + Ф₃ (см. рис. 3.4).В качестве фаз Ф₁ и Ф₂ могут быть компоненты, твердые растворы или промежуточные фазы, Ф₃ - химическое соединение или промежуточная фаза. Данное фазовое превращение встречается во многих системах Mn-Au, С; Zr-Al, Co-V и др. 

    Когда система рассматривается при  низких давлениях или высоких  температурах более 2000^оС, а также системы типа металл-газ, то возможны равновесия с участием газовой фазы (G). Ниже приводятся наиболее вероятные

    реакции нонвариантных равновесии при указанных  условиях

    Рис. 3 8. Диаграмма равновесия системы Pb-Sbf кривые охлаждения сплавов с 4 %, 13,5 % и 60 % Sb, структура, реакции превращения  и применение правила отрезков 

    . Применение правила отрезков для решения практических задач

    На  практике, используя правило отрезков, можно приближенно рассчитать химический состав сплава по соотношению основных структурных составляющих, определяемых при микроструктурном анализе. Например, требуется определить химический состав сплава системы Pb - Sb (рис. 3.8), если известно, что соотношение структурных составляющих (эвтектики и избыточной β-фазы), определенное по структуре микрошлифа, при температуре 20^оС равно 1:2 или 33-67 (в долевых процентах).

    В первую очередь определяем по диаграмме  концентрационную область существования  неизвестного сплава (концентрации Сх) по его основным струтпурным состэдаляющим. Она расположена между точками  Е и D, т.е. 13,5%<Сх<98%. Затем при 20°С проводим коноду, концы которой ограничиваются данными концентрациями. Строим схему рычага и, пользуясь правилом отрезков, запишем соотношение:

    QЭ∙Ek = Qβ∙кD, или QЭ/Qβ = kD/Ek.

    Находим значения отрезков через концентрации сплавов: kD = 98 - Сх, Ек = Сх - 13,5. Откуда QЭ/Qβ = (98 – Сх)(Сх - 13,5), заменяя Qa/Qβ= 1/2 из условия задачи и решая последнее уравнение относительно Сх, получаем состав сплава: ≈70 % Sb, ост. РЬ.

    Для найденного состава сплава определим  соотношение фаз α и β при 180°С. Для этого проведем коноду через точку k’ до пересечения с ближайшими линиями на диаграмме (точки c’ и d'). Определяем химический состав фаз (α содержит 2 % Sb, ост. Pb; β - 99 % Sb, ост. РЬ). Строим схему рычага и пишем соотношение (рис. 3.8): Qα/Qβ = k’d’/ c’k’. Выражаем длины отрезков через концентрации сплавов, тогда k’d’ = 99 - 70 = 29 %,     c’k’=  70 - 2 = 68 %. Откуда Qα/Qβ = 29/68, в долевых процентах Qα и Qβ соответственно равны 29,5 и 70,5 %. 

    Пример  разбора диаграммы  равновесия 

    Рассмотрим  диаграмму состояния системы Al-Li (рис. 3.14). При взаимодействии А1 с Li образуется неограниченный жидкий раствор, в твердом состоянии - твердый раствор а на основе алюминия, неустойчивое химическое соединение Li₂AI и промежуточная β-фаза переменного состава на основе устойчивого химического соединения LiAl переменного состава. В остальных областях (ниже солидуса) образуются сплавы-смеси. Таким образом на диаграмме равновесия образуются все три типа сплавов. Линия ликвидуса обозначена пунктирной линией, солидуса - точками. 

    На диаграмме имеются три нонвариантных превращения:

    - эвтектическое   601°     Ж _{7,5 %} ↔α _{4,2 %} + β _{18 %}

    - перитектическое        522°     Ж _{37 %} + β _{23 %} ↔ [Li₂Al] _{34 %}

    - эвтектическое  180°    Ж _{9 %}↔ Li + [Li₂Al] _{34 %} 

    Определим соотношение фаз и структурных составляющих для сплава с 15 % лития при 100^оС. Соотношение фаз α и β выражается величинами отрезков вс/ав или Qα/Qβ = 3/ 15, откуда

    Qα=3*100/18=16,7%

    Qβ = 5*100/18=83,53%

    Соотношение структурных составляющих эвтектики  и избыточной β-фазы определяется соотношением отрезков вс/ве или QЭ/Qβ = 3/ 7,5, откуда

    QЭ=3*100/10,5=28,6%

    Qβ = 7,5*100/10,5=71,4%