16258 IMG2 043 (2)

42 3. Układ}’ równowagi faz stopowych

dzie samorzutną przemianę, której kierunek wskazuje wspomniana już _re przekory Le Chateliera -Brauna. Z równań (3.9) i (3.10) wynika, iż pojawienJ. nowej fazy w układzie zmniejsza jego liczbę stopni swobody o jednostkę i odwrot^ Reguła faz jest pomocna przy analizowaniu układów równowagi faz stopom 5 Mianowicie, pozwala przewidywać, w jakich warunkach temperaturowych przebi* zmiana stanu skupieni? ciało stałe ociecz lub przemiana fazowa w sianie stq|_v” określonego stopu oraz jakie zmienne niezależne układu mogą podczas |y^ przemian ulegać zmianom (w pewnych przedziałach) bez naruszenia stanu rów_no wagi.

Tak na przykład krzepnący stop miedzi z niklem o składzie 50% Cu i 50% Ni (rys. 3.1) jest układem dwuskładnikowym i dwufazowym:

-    liczba składników s = 2 (Cu i Ni),

-    liczba faz /= 2 (roztwór ciekły i roztwór stały),

-    liczba stopni swobody według (3.9) Z - 1.

Rozpatrywany układ jest jednozmienny, w którym bez naruszenia równowagi między fazami można zmieniać:

-    temperaturę w przedziale od ok. 1240°C do ok. 1310°C albo np. w temperaturze 1300°C

-    stężenie roztworu stałego od ok. 47% do ok. 62% Ni.

Przekroczenie np. zakresu temperatury przez nagrzanie stopu do 1350°C naruszy równowagę. Wystąpi samorzutna przemiana, zgodnie z regułą Le Chateliera-Brauna, przeciwdziałająca wzrostowi temperatury - faza stała ulegnie stopieniu, z czym związane jest pochłanianie przez układ ciepła topnienia.

3.2. REGUŁA DŹWIGNI

Reguła dźwigni umożliwia w pewnym sensie ilościową ocenę kinetyki przemiany fazowej. Za jej pomocą dla określonego stopu i wybranej temperatury można określić:

-    stężenia współistniejących faz,

-    stosunek ilościowy współistniejących faz.

Jeżeli w hipotetycznym układzie A*B stop o stężeniu c podlega podczas

chłodzenia przemianie fazowej a -»(3, przebiegającej w zakresie temperatur T_x 4- T₂ (rys. 3.2a), to powyżej górnej granicy rozdziału faz KL trwała jest faza o, poniżej dolnej granicy rozdziału faz MN trwała jest faza p, a między granicami znajduje się obszar dwufazowy ot + |i.

Zgodnie z regułą vant Hoffa i Roozebooma, którą można uogólnić również na przemiany fazowe w stanie stałym, w temperaturze T, pierwszy wydzielający się z macierzystej fazy a kryształ produktu przemiany - fazy p - będzie bogatszy w składnik wyżej topliwy - w rozpatrywanym przykładzie w metal A. Jego stężenie c' określa punkt przecięcia M izotermy T_x z dolną granicą rozdziału faz. Dla dowolnej temperatury Tw zakresie temperatur przemiany punkt przecięcia izotermy z dolną granicą rozdziału faz R wskazuje stężenie c, krystalizującej w tej temperaturze fazy p, a punkt P przecięcia izotermy z górną granicą rozdziału faz wskazuje stężenie c₂ macierzystej fazy ot pozostałej w tej temperaturze. Wreszcie punkt L przecięcia izotermy T₂ z górną granicą rozdziału faz określa stężenie c" ostatniego utworzonego w przemianie kryształu fazy p.

Zgodnie z regułą dźwigni w obszarze dwufazowym między górną i dolną granicą rozdziału faz odcinek KM reprezentuje ilość macierzystej fazy ot, podlegającej przemianie, a odcinek NL - ilość produktu przemiany p. Dla dowolnej temperatury, w przedziale temperatur przemiany, np. T, stosunek odcinków QP/QR odpowiada stosunkowi ilości faz p/oc. Proporcję tę można przedstawić poglądowo za pomocą dźwigni (rys. 3.2b), której długości ramion są proporcjonalne do odcinków QP i QR, a obciążenia do ilości faz odpowiednio r i p, przy czym jej oś obrotu znajduje się w punkcie Q. Przy zachowaniu wymienionych warunków obciążona dźwignia znajduje się w stanie równowagi trwałej.

Niech stężenie składnika B w fazach P, a i w stopie o składzie punktu Q wynosi odpowiednio c„ c₂ i c. Zakładając, iż suma ilości obu faz równa się jedności, można napisać

r + p= 1 (3.11)