UKŁADY

MIĘDZYFAZOWE

Faza

Faza

– jest to jednorodna część układu oddzielona od innych

jego części (faz) powierzchnią rozdziału, czyli granicą
faz, po przekroczeniu której własności fizyczne czy też
struktura zmieniają się w sposób nieciągły.

Równanie stanów

Równanie stanów

Gibbsa

Gibbsa

Jest ilościową zależnością między liczbą faz i składników

stopu oraz liczbą stopni swobody; stanowi matematyczny
warunek równowagi układu. Wyraża się go za pomocą
następującej zależności:

S = m – f + 1

S = m – f + 1

gdzie:

S

S - liczba stopni swobody układu (temperatura, skład
chemiczny),

m

m - liczba składników stopu

f

f - liczba faz występująca w układzie.

Wykresu używa się go do

przedstawiania równowag fazowych w
układach

trójskładnikowych,

przy

czym wszystkie składniki znajdują się
w stanie ciekłym lub tworzą ze sobą
ciekłe roztwory. Istotne jest żeby
układ znajdował się pod stałym
ciśnieniem i w stałej temperaturze,
ponieważ dla innej temperatury lub
ciśnienia

może

mieć

zupełnie

odmienny przebieg.

Diagram Gibbsa

Diagram Gibbsa

Wykres Gibbsa

Wykres Gibbsa

Linia
likwidus

100%
Cu

100%
Ni

L

L+




Linia solidus

T

e

m

p

e

ra

t

u

ra

Czas

Cza
s

Krzywa chłodzenia dla 100
% Ni

Krzywa chłodzenia dla 50 % Ni i
50% Cu

Układ równowagi fazowej z

Układ równowagi fazowej z

nieograniczoną rozpuszczalnością w

nieograniczoną rozpuszczalnością w

stanie stałym

stanie stałym

Reguła dźwigni

Reguła dźwigni

W procesie krystalizacji zarówno pierwotnej, jak i wtórnej (w

stanie stałym zmienia się nie tylko skład poszczególnych faz, ale i ilość
każdej fazy. W dowolnym punkcie wykresu równowagi można w obszarze
jednoczesnego występowania) dwóch faz określić ich ilość oraz ich skład
chemiczny. Wykorzystuje się do tego celu tzw. regułę dźwigni.

Przykład zastosowania reguły dźwigni podano na rysunku poniżej.

Na skład chemiczny współistniejących faz
w danej
temperaturze ty, należy dla tej temperatury
przeprowa-
dzić linię równoległą do osi składów. Rzuty
punktów przecięcia tej linii z krzywymi
ograniczającymi obszar dwufazowy na oś
składów,
określają skład faz. Na rysunku przez x
oznaczono skład stopu, przez x1 — skład
fazy
stałej α, a przez x2- skład fazy ciekłej.
Ilościowy stosunek faz określa się za
pomocą wzorów:

gdzie: rc — ilość fazy ciekłej, rs - ilość fazy stałej, r = rc + rs — ogólna
ilość stopu,
ab, bc i ac — odcinki wyznaczone przez linię ty oraz likwidus i solidus

Układ równowagi fazowej bez

Układ równowagi fazowej bez

rozpuszczalności

rozpuszczalności

w stanie stałym z eutektyką

w stanie stałym z eutektyką

Czas

Krzywa chłodzenia
dla I

Cza
s

Krzywa chłodzenia
dla II

I

II

Linia
likwidus

100%
Cd

100%
Bi

L

Bi+C
d

Linia
solidus

T

e

m

p

e

ra

t

u

ra

L+ Bi

L+
Cd

Przemiana eutektyczna: krzepnięcie w stałej, najniższej w
układzie temperaturze, polegające na równoczesnej krystalizacji
ziaren obu składników w takim stosunku Ilościowym, iż skład
roztworu ciekłego nie ulega zmianie.

EUTEKTYKA

Układ równowagi fazowej z

Układ równowagi fazowej z

ograniczoną rozpuszczalnością w

ograniczoną rozpuszczalnością w

stanie stałym i eutektyką

stanie stałym i eutektyką

Linia
likwidus

100%
Pb

100%
Sn

L

Linia
solidus

T

e

m

p

e

ra

t

u

ra

L+

L+ 





 + 

I

II

Czas

Krzywa chłodzenia
dla I

Czas

Krzywa chłodzenia
dla I

Budowa stopów potrójnych

Budowa stopów potrójnych

Podstawę tego modelu stanowi trójkąt równoboczny, zwany trójkątem Gibbsa,

którego wierzchołki przedstawiają czyste składniki układu potrójnego A, B i C,
boki odpowiadają składom stopów układów podwójnych A-B, B-C i C-A,
a punkty wewnątrz trójkąta reprezentują składy stopów układu potrójnego A-B-C.

Na osiach prostopadłych do podstawy oznaczona jest temperatura. Aby określić skład

dowolnego punktu N podstawy, przeprowadza się z niego równoległe do dwóch boków trójkąta
aż do przecięcia z trzecim; wówczas odcinek CD odpowiada procentowej zawartości składnika
B, odcinek DF — składnika A i odcinek FB -składnika C.

A

Układ równowagi Fe-Fe

Układ równowagi Fe-Fe

3

3

C

C

Ferryt
α
+Perlit

100
0

120
0

140
0

160
0

200

40
0

600

80
0

0,
5

1,
0

1,
5

2,
0

2,
5

3,
0

3,
5

4,
0

4,
5

5,
0

5,
5

6,
0

6,
5

Zawartość C
%

F

e

rr

yt

α

P

e

rl

i

t

L

e

d

e

b

u

ry

t

p

rz

e

m

ie

n

io

n

y

C

e

m

e

n

ty

t

F

e

3

C

0,00
8

Ledeburyt
przemieniony +
Fe

3

C

I

L

e

d

e

b

u

r

yt

Perlit +
Fe

3

C

II

+

ledeburyt
przemienio
ny

Perlit
+
Fe

3

C

II

Austenit γ

Austenit γ +

Ferryt α

Austenit
γ +
Fe

3

C

II

Austenit γ +
ledeburyt+ Fe

3

C

II

ledeburyt+ Fe

3

C

I

Fe

3

C

I

+ciec

z

ciecz

Austenit γ +

ciecz

Ferryt α

[δ] +

Austenit γ

F

e

rr

yt

α

[δ

]

Ciecz + Ferryt

α [δ]

6,6

7

727

o

C

1148

o

C

912

1394

1495

1538

A

B

E

C

D

F

K

S

G

P

Q

J

N

H

Literatu

Literatu

ra

ra

1. Dobrzański L.: Podstawy nauki o materiałach i

metaloznawstwo. Rozdz. 3.3. WNT. Gliwice-Warszawa 2002.

2. Dobrzański L.: Materiały inżynierskie i projektowanie

materiałowe. Rozdz. 3. WNT. Gliwice-Warszawa 2006.

3. Ciszewski

A.,

Radomski

T.,

Szummer

A.:

Materiałoznawstwo.

Wyd.

Politechniki

Warszawskiej.

Warszawa 1976.

4. Wendorff Z.: Metaloznawstwo. WNT. Warszawa 1976.

5. Hetmańczyk M., Woźnica H.: Metaloznawstwo. WSiP.

Warszawa 1979.

6. Zajączkowski W.: Dyfuzja i jej zastosowania – materiały do

seminarium 11.04.2008. AGH. Kraków 2008