UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ
Pojęcia podstawowe
• Przemiany zachodzące w układach wieloskładnikowych są złożone i przedstawia się je graficznie na układach równowagi (wykresach równowagi).
■ Układy równowagi fazowej ilustrują całokształt przemian zachodzących w stopach zarówno w stanie ciekłym, jak i w stanie stałym, w zależności od temperatury i składu chemicznego.
• Można za ich pomocą ustalić, jakie przemiany zachodzą w stopach o określonym składzie chemicznym podczas nagrzewania lub chłodzenia i jaką strukturę otrzymuje się w wyniku tych przemian.
• Z wykresów równowagi można odczytać, z jakich faz składa się stop o określonym składzie w określonej temperaturze oraz ustalić ich liczbę.
• Wyodrębnioną z otoczenia grupę dał, będącą przedmiotem badania, nazywamy układem (np. stop metaliczny).
• Faza jest jednorodną częścią układu o jednakowych własnościach fizycznych i jednakowym składzie chemicznym, oddzielona powierzchnią rozdziału od pozostałych częśd układu.
Stop dwu metali nie rozpuszczających się w sobie w stanie stałym, np. żelaza i ołowiu, będzie się składał po zakrzepnięciu z dwu faz (kryształów ołowiu i żelaza).
Stop dwu metali rozpuszczających się nieograniczenie w stanie ciekłym po stopieniu stanowi tylko jedną fazę, tj. ciekły roztwór tych metali.
• Składnikami nazywamy substancje proste lub złożone, z których mogą powstać wszystkie fazy danego układu. Składnikami mogą być pierwiastki albo związki chemiczne.
• Jest rzeczą istotną wyraźne rozróżnienie pojęda składnika i fazy.
Np. czysty metal w temperaturze topnienia jest układem jednoskładnikowym, lecz składa się z dwu faz, tj. kryształów i cieczy.
Brąz jest stopem złożonym z dwu składników: z miedzi i cyny, a po stopieniu składa się z jednej fazy ciekłego roztworu obu tych składników.
Konstrukcja układu równowagi stopów podwójnych
0
IV
Hit.
--<>U
10 to x W
00 100X6
Nieograniczona rozpuszczalność w stanie stałym (roztwory stałe ciągłe)
• Metale, których wzajemna rozpuszczalność zarówno w stanie ciekłym, jak i w stanie stałym jest nieograniczona, tworzą po stopieńki jednorodny roztwór ciekły, zaś w stanie stałym jednorodne kryształy roztworu stałego.
• W celu sporządzenia wykresu równowagi fazowej trzeba przeprowadzić analizę termiczną szeregu stopów o różnym stosunku wagowym obu metali, polegającą na wykreśleniu krzywych chłodzenia lub nagrzewania.
-AU
łiys. «.i. Zwad* koiutrukcjl układu równowagi łkkowej stopów dwuskładnikowych
• Każdemu punktowi na wykresie odpowiada stop o określonym składzie chemicznym, znajdujący się w określonej temperaturze.
• Dla odczytania składu chemicznego stopu trzeba go zrzutować pionowo na podstawę wykresu, tj. odcinek AB.
Ry». 6.2. Ukłuł rdwnowajl Ni-Cu r kraywyml cliłotaola
• Krzywa 1-2-4-6-8, odpowiadająca początkowi krzepnięcia stopów, nosi nazwę linii likwidus, zaś krzywa 1-3-5-7-8, oznaczająca zakończenie krzepnięcia, nazywa się linią solidus.
• W polu powyżej linii likwidus występuje ciekły roztwór miedzi i niklu.
• Pomiędzy liniami likwidus i solidus współistnieją ze sobą dwie fazy, tj. roztwór ciekły i roztwór stały.
• Poniżej linii solidus występują tylko kryształy roztworu stałego.
Ry*.M*
• Przy chłodzeniu stopu do temperatury punktu 1 stygnie tylko jednorodny ciekły roztwór i żadne przemiany w tym czasie nie zachodzą.
• Po osiągnięciu temperatury punktu 1 z ciekłego roztworu zaczną się wydzielać kryształy roztworu stałego a, czemu na krzywej chłodzenia odpowiada punkt przegięcia.
• Skład chemiczny pierwszego wydzielonego kryształu otrzymamy kreśląc w układzie równowagi z punktu 1 poziomą aż do przecięcia się z linią solidus w punktcie 2 i rzutując ten punkt na podstawę układu.
• W miarę obniżania temperatury z cieczy, której skład chemiczny zmienia się wzdłuż linii likwidus, wydzielają się w dalszym ciągu kryształy roztworu stałego o zmieniającym się składzie chemicznym wzdłuż linii solidus w zakresie 2-3.