IMG6 057 (2)

56 4. Interpretacja wykresów układów równowagi

natomiast przeliczenie procentów atomowych na ciężarowe dokonuje się za pom<x wzorów

IOO^a j _ IOMbPb

^A ^a/*A +    ^B ^A^A + ^b/*B

Jeżeli wykorzysta się do analizy układu podwójnego, przy założeniu p = cons regułę faz (3.9), to ponieważ liczba faz /> 1, okazuje się, że liczba stopni swobod Z <2. Oznacza to, iż przedstawienie graficzne układu podwójnego wymaga układ dwóch współrzędnych (prostokątnych), w którym za zmienne niezależne przyjmuj się temperaturę (oś rzędnych) i stężenie (oś odciętych).

Podstawą określenia składu stopu (w procentach) na osi stężenia są równania (4.7). Odcinek AB (rys. 4.1), podzielony na 100 części, jest miejscem geometrycznym punktów przedstawiających możliwe składy stopów układu. Punkty końcowe A i B odcinka AB reprezentują składniki układu, tj. 100% zawartości metalu odpowiednio A lub B. Dowolny punkt odcinka, np. C, przedstawia stop o składzie x_A% metalu A i x_B% metalu B, co można udowodnić prostym rozumowaniem. Z punktów A i B prowadzi się rzędne takie, że AA' = 100% A oraz BB' = 100% B. Zmianę składu stopów układu przedstawia prosta A'B. Dzieli ona punktem przecięcia D rzędną CC na odcinki p_A i p_B = 100 - p_A. Z podobieństwa trójkątów A'C'D i BCD wynika proporcja

Pa₌ BC ₌BC₌x_a Pb A'C AC x_B ‘

Zmiany x_A są proporcjonalne do zmian p_A, a zmiany x_B - do zmian p_B, czyli odcinki x_A i x_B jednoznacznie określają skład stopu.

4.1.2. Roztwór stały

^ hipotetycznym układzie A-B (rys. 4.2a), którego składniki odznaczają się • _Opraniczoną rozpuszczalnością wzajemną w stanie stałym i ciekłym oraz znaczną ^ioą temperatur topnienia, wszystkie stopy układu krzepną jednakowo jako _o!lwór siały, w zakresie temperatur (rys. 4.2b), ponieważ według reguły faz stanowią układy jednozmienne (Z = 1).

Rys. 4.2. Układ roztworu stałego: a) wykres układu, b) krzywa krzepnięcia stopu

Krystalizacja stopu 1, np. o składzie 40% A i 60% B, rozpoczyna się w temperaturze likwidusu. Zgodnie z regułą van't Hoffa i Roozebooma, wydzielające się z roztworu ciekłego ziarna są bogatsze w składnik wyżej topliwy - metal B. Dla dowolnej temperatury T w zakresie likwidusu i solidusu punkt przecięcia się izotermy z linią likwidusu wskazuje skład krystalizującego w tej temperaturze ziarna, a punkt przecięcia z linią solidusu - skład jeszcze nie skrzepniętego roztworu I ciekłego.

Wzrost poszczególnych ziarn trwa pewien czas, w którym temperatura opada. Z tego powodu skład chemiczny ziarna jest niejednorodny: warstwy wewnętrzne krzepnące w wyższej temperaturze są bogatsze w składnik wyżej topliwy (B), a warstwy zewnętrzne krzepnące w niższej temperaturze są bogatsze w składnik niżej topliwy (A). Analogiczne różnice składu występują między ziarnami wcześniej i później skrzepniętymi. Zróżnicowanie składu w obrębie ziarn i pomiędzy nimi jest cechą charakterystyczną krzepnięcia roztworów stałych. Zróżnicowanie to, zwane segregacją dendrytyczną, przedstawiono w skrajnej postaci na rys. 4.2a. Jest to zjawisko niekorzystne, pogarszające właściwości mechaniczne stopu. Potęguje je wzrost różnicy temperatur likwidusu i solidusu oraz wzrost szybkości chłodzenia.

W warunkach równowagi powolny przebieg krzepnięcia umożliwia procesom dyfuzji samoczynne usunięcie segregacji dendrytycznej. Składnik wyżej topliwy (B)

| dyfunduje ze środków ziarn na zewnątrz do roztworu ciekłego, a składnik niżej topliwy (A) - w kierunku przeciwnym, dzięki czemu następuje ujednorodnienie