Politechnika Śląska 15.XII.2000r.

Wydział Mechaniczny Technologiczny

Mechanika i Budowa Maszyn

Grupa 6

Podstawy nauk o materiałach.

Temat ćw.: Dwuskładnikowe układy równowagi fazowej.

Wykonał:

Roman Zawisz

Układy dwuskładnikowe o zupełnej rozpuszczalności składników w sta­nie stałym są tworzone przez izomorficzne składniki A i B rozpuszczające się wzajemnie przy dowolnych stosunkach ilościowych ­zarówno w stanie ciekłym, jak i stałym. Proces krzepnięcia roztworu stałego przebiega podob­nie dla wszystkich stopów układu. Krzepnięcie stopu o stężeniu c₂ rozpoczyna się w temperaturze T₃ przecięcia się linii składu stopu c₂ z linią likwidusu. Likwidusem jest nazywana linia przedstawiająca na wykresie równowagi wartości temperatury, powyżej któ­rych stopy w całym zakresie stężeń są ciekłe. Solidusem jest nazywana linia na wykresie równowagi oznaczająca warto­ści temperatury, poniżej których stopy w całym zakresie stężeń występuję w stanie stałym. Ilościowe udziały faz stałej i ciekłej w przedziale krzepnięcia między likwidu­sem a solidusem określa prawo dźwigni.

W tem­peraturze T₁, zwanej temperaturą eutektyczną (i oznacza­nej T_E), najmniejszą energia swobodna w całym zakresie stężeń charakteryzuje się mieszanina fazy ciekłej L i skład­ników A + B. W temperaturze niższej od T₁ najmniejsza jest energia swobodna mieszaniny eutektycznej A + B.

Proces krzepnięcia roztworu ciekłego o stężeniu c_E, zwanym składem eutektycznym, następuje przez wydzielanie kryształów obu składników A i B z jednorodnej cie­czy L_E. Proces ten przebiega w stałej tempe­raturze eutektycznej T_E aż do chwili, gdy cała ciecz uleg­nie zakrzepnięciu. Przemianę eutektyczna można zapisać w następujący sposób:

L_E → A + B

Podczas krzepnięcia stopów podeutektycznych - o stę­żeniu c < c_E - z jednorodnej cieczy wydzielają się po­czątkowo kryształy metalu A, a skład cieczy zmienia się wzdłuż linii likwidusu od punktu 1 do E. Dopiero wówczas reszta cieczy krzepnie w stałej tempe­raturze eutektycznej T_E, jako mieszanina kryształów me­tali A i B. Strukturę takiego stopu stanowi mieszanina pierwotnie wydzielonych dużych kryształów metalu A i drobnoziarnista mieszanina eutektyczna metali A i B.

Stopy nadeutektyczne - o stężeniu c > c_E - krze­pną podobnie jak stopy podeutektyczne, z tym że począ­tkowo wydzielają się kryształy metalu B.

Układy równowagi metali o całkowitym braku rozpu­szczalności składników praktycznie nie występują, jed­nak wykorzystuje się je do analizy stopów metali o bar­dzo małej wzajemnej rozpuszczalności składników w stanie stałym.

Dwuskładnikowe układy równowagi fazowej o ograniczonej rozpuszczalności składników w stanie stałym z eutektyką są tworzone przez pierwiastki o jednakowych lub różnych sieciach krystalogra­ficznych i różniące się promieniami atomowymi więcej niż o I5%. Gdy sieci krystalograficzne składników są różne, różnią się również sieci każdego z roztworów stałych, a energia swobodna każdego z nich jest opisy­wana oddzielną krzywą w kształcie litery U. Gdy sieci przestrzenne każdego ze składników są jedna­kowe, energia swobodna roztworu stałego jest opisy­wana jedną krzywą z dwoma minimami.

Opisywany układ stanowi jak gdyby połączenie obu wykresów opisanych poprzednio.

Eutek­tyka jest w tym przypadku mieszanina nasyconych roztwo­rów stałych  i , a przemianę można zapisać następująco:

L_E → (c_) + (c_)

Dwuskładnikowe układy równowagi fazowej o ograniczonej rozpuszczalności składników w ­stanie stałym z perytektyką podobnie jak układy z eute­ktyką, są tworzone przez pierwiastki różniące się więcej niż o 15 % promieniami atomowymi, o jednakowych lub różnych sieciach krystalograficznych. Składniki tworzące układy z perytektyką znacznie różnią się jednak wartością temperatury krzepnięcia.

Stopy o stężeniu c < c_ oraz c > c_L krzepną jako roztwory stałe, oznaczone odpowiednio -  lub . W temperaturze perytektycznej stop jest złożony z mieszaniny cieczy o składzie c_L i kryształów roztworu stałego o stężeniu c_. W tej stałej temperaturze przebiega przemiana perytekty­czna. Ciecz o stężeniu c_L reaguje z wydzielonymi wcześ­niej kryształami roztworu stałego a o stężeniu c_, w wy­niku czego powstaje kryształy roztworu stałego o stęże­niu c_. Można to zapisać następująco:

(c_) + L(c_L) → (c_)

Eutektyka mieszanina składników strukturalnych stopu (w postaci kryształów czystych metali, ich roztworów stałych itp.) mająca stały skład chemiczny i powstająca podczas krzepnięcia stopu (o takim samym składzie) w określonej temperaturze, zw. temperaturą eutektyczną.

Perytektyka jest to składnik strukturalny stopów powstający w wyniku przemiany perytektycznej, tj. reakcji fazy ciekłej z wydzielającymi się z niej kryształami; w stopach 2-składnikowych przemiana zachodzi w stałej temperaturze, zw. perytektyczną.

Teraz narysuję cztery dwuskładnikowe układy równowagi fazowej:

1 - o zupełnej rozpuszczalności w stanie stałym

2 - o całkowitym braku rozpuszczalności składników w stanie stałym z eutektyką

3 - o ograniczonej rozpuszczalności składników w stanie stałym z eutektyką

4 - o ograniczonej rozpuszczalności składników w stanie stałym z perytektyką

4

---