5. Wykresy równowagi fazowej

• Wykresy równowagi fazowej,
• Reguła dźwigni i reguła faz,
• Dwuskładnikowy układ równowagi fazowej o

całkowitej rozpuszczalności w stanie stałym,

• Dwuskładnikowy układ równowagi fazowej o

całkowitym braku rozpuszczalności w stanie

stałym z eutektyką

• Wykres równowagi faz A i B o ograniczonej

rozpuszczalności w stanie stałym z eutektyką

• Wykres równowagi z perytektyką

Co to są wykresy równowagi?

• Wykresy (układy) równowagi – to graficznie

przedstawione zakresy występowania faz (ciekłych i

stałych) stopów w zależności od temperatury i

składu chemicznego,

• Jeżeli w stopie występują dwa, trzy składniki lub

więcej , to mówimy o wykresach równowagi faz dla

stopów podwójnych, potrójnych, wieloskładnikowych,

• Wykresy równowagi pokazują przebiegi krzepnięcia

stopów, pokazują zachodzące w nich przemiany,

skład fazowy i skład chemiczny w zależności od

temperatury,

• Wykresy równowagi są opracowywane przy bardzo

małych szybkościach grzania i chłodzenia, gdyż do

ustalania się równowagi potrzeba długiego czasu.

Faza, układ, składniki układu

• Fazą nazywamy część układu jednorodną pod

względem chemicznym i krystalograficznym,

oddzielona od reszty układu powierzchnią

rozdziału, czyli granicą międzyfazową.

• Układem nazywamy zbiór faz. Jeśli fazy te

znajdują się w równowadze termodynamicznej,

to mówimy o układzie równowagi faz.

• Składnikami układu mogą być substancje

proste (np. pierwiastki) lub złożone (np.

związki) nie ulegające przemianom, z których

składają się fazy układu.

Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B z

nieograniczoną rozpuszczalnością w

stanie stałym

C - ciecz





likwidus

solidu
s

C

- 





C - ciecz





likwidus

solidu
s

C

- 





Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B z

nieograniczoną rozpuszczalnością w

stanie stałym

Skład chemiczny fazy ciekłej i

stałej w zależności od temperatury

C - ciecz



C

-



T

2

T

3

T

4

T

1

Udział objętościowy fazy ciekłej i

stałej w zależności od temperatury

Reguła dźwigni

Reguła dźwigni (reguła odcinków) służy do
określania procentowego udziału faz w
stopie dla danej temperatury w warunkach
równowagi.

Udział objętościowy fazy ciekłej i stałej

w zależności od temperatury

reguła dźwigni c.d.

C - ciecz



C

-



a

1

b

1

a

/

b

=

C

/



T

1

a

2

b

2

T

2

b

3

T

3

Reguła dźwigni c.d.

C - ciecz



C

+



a

0

a

/b =

C

/

Krzywe chłodzenia

czas

I

II

I

II

Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B o zupełnym

braku rozpuszczalności w stanie stałym

0

20

40

60

80

100

%B w A+B

te

m

p

er

at

u

ra

C

e

u

te

k

ty

k

a

A

+C

B

+C

A

+ B

A

+

eutektyka

B

+

eutektyka

0

20

40

60

80

100

%B w A+B

te

m

p

er

at

u

ra

C

e

u

te

k

ty

k

a

A

+C

B

+C

A

+ B

A

+

eutektyka

B

+

eutektyka

Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B o zupełnym

braku rozpuszczalności w stanie stałym

C

eutektyk
a

A

+ B

%

B

%

A

Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B o zupełnym

braku rozpuszczalności w stanie stałym

C

e

u

te

k

ty

k

a

a

b

a

b

A

+C

A

+

eutektyka

a

/b =

C

/A

Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B o zupełnym

braku rozpuszczalności w stanie stałym

C

e

u

te

k

ty

k

a

B

+

C

B

+

eutektyka

Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B o zupełnym

braku rozpuszczalności w stanie stałym

Wykres równowagi faz stopu

dwuskładnikowego A i B o zupełnym

braku rozpuszczalności w stanie stałym

C



+

C





+

C

e

u

te

k

ty

k

a



+ 







+ 



+ 



+

eutektyka

+ 



+

eutekty

ka + 

Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym

C



+

C





+

C

e

u

te

kt

y

k

a



+ 







+ 



+ 



+

eutektyka

+ 



+

eutekty

ka + 

Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym

C

ok. 5%B





+

C





Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym

C

ok.

15%B





+

C



+ 









+

C

Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym



+

C





+

C



+

eutektyka

+ 



+ 





C

ok. 25%B

eutekty

ka(

+



Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym



+

C





+

C





C

60%B

eutekty

ka

+



Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym



+

C





+

C



+

eutekty

ka +





+ 





C

ok. 75%B

eutekty

ka

+



Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym



+

C





+

C



+

eutekty

ka +





+ 





C

ok. 75%B

eutekty

ka

+



C

30%B

Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym

Wykres równowagi faz układu

dwuskładnikowego A i B o rozpuszczalności

ograniczonej w stanie stałym

Wykres równowagi z perytektyką

C



+

C









+

C

Reakcj

a:+

C = 



+ 

Wykres równowagi z perytektyką



+

C



Reakcj

a:+

C = 





+ 

C

ok.12%B

Wykres równowagi z perytektyką

0

10

20

30

40

50

60

70

%B w A + B

te

m

p

er

at

u

ra



+

C

Reakcja:



+

C =



+







+ 

C

ok. 25%B

Wykres równowagi z perytektyką

0

10

20

30

40

50

60

70

%B w A + B

te

m

p

er

at

u

ra



+

C

Reakcj

a:+

C =





C

ok. 40%B

Wykres równowagi z perytektyką

0

10

20

30

40

50

60

70

%B w A + B

te

m

p

er

at

u

ra



+

C

C

ok. 48%B



Reakcja
perytektyczna

+

C =



C





+

C

Przestrzenny wykres równowagi

układu trójskładnikowego

Zmiana położenia linii solidusu w

warunkach nierównowagowych

Zmiana położenia linii solidusu w

warunkach nierównowagowych

Nowe terminy

układy równowagi fazowej, stan układu, równowaga
termodynamiczna, energia swobodna, energia
wewnętrzna, entropia,

reguła dźwigni, likwidus, solidus, eutektyka,
perytektyka

Pytania

1. Jak skonstruowane są wykresy dwuskładnikowe

równowagi fazowej?

2. Wyznaczanie składów chemicznych i udziałów faz

(reguła dźwigni)

3.Jak przebiega krzepnięcie stopów

dwuskładnikowych o różnych stężeniach
składników, tworzących układy o:

- zupełnej rozpuszczalności w stanie stałym

- o całkowitym braku rozpuszczalności w
stanie stałym z eutektyką

- o ograniczonej rozpuszczalności w stanie
stałym z eutektyką

- o ograniczonej rozpuszczalności w stanie
stałym z perytektyką