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