Фазовые диаграммы с протеканием 3-фазных реакций презентация

имеет неограниченную растворимость в твердом состоянии, и ее фазовая диаграмма была простой.
Многие другие бинарные системы характеризуются ограниченной растворимостью в твердом состоянии и соответственно протеканием более сложных реакций с участием трех фаз.

реакции с участием жидкости (обозначения: - жидкие фазы, - твердые фазы).

1. ЭВТЕКТИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ:

состав

Жидкость при охлаждении образует две т/т фазы: и .

2. ПЕРИТЕКТИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ:

При охлаждении т/т фаза и жидкость реагируют, образуя другую т/т фазу:

3. МОНОТЕКТИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ:

При охлаждении 1-ая жидкость превращается во 2-ую жидкость и т/т

4. ЭВТЕКТОИДНАЯ РЕАКЦИЯ:
При охлаждении твердая фаза разлагается с образованием двух других твердых фаз

5. ПЕРИТЕКТОИДНАЯ РЕАКЦИЯ:

При охлаждении две т/т фазы образуют третью

3. МОНОТЕКТОИДНАЯ РЕАКЦИЯ:
При охлаждении фаза состава выделяет фазу с образованием

этой линии локализуем две конечные точки и третью вблизи центра. Эти три точки дают составы (процентное содержание второго компонента) трех фаз, участвующих в трехфазной реакции.
При охлаждении фазы, существующие выше центральной точки, превращаются в фазы ниже центральной точки.

При этом из правила фаз Гиббса (при давлении p=const) следует: F=C-P+1=2-3+1=0 - нет степеней свободы

Число компонентов Число фаз

Любая трехфазная реакция происходит при фиксированных температуре (T=const) и составе (%=const).

содержит три типа линий: 1. Ликвидус
2. Солидус
3. Сольвус

Сольвус – линия растворимости. Она показывает предел растворимости при различных температурах и разделяет однофазные и двухфазные области.

Система Pb-Sn имеет 4 класса сплавов.

Sn

Класс №1. Твердые растворы (область I - 0% - 2% Sn)
Класс №2. Сплавы, содержащие избыточное количество одного из компонентов, превышающее предел растворимости (области II (2%-19% Sn) и V (97,5%-100% Sn ).
Класс №3. Эвтектический сплав (эвтектика): точно 61.9% Sn.
Класс №4. До-эвтектические и за-эвтектические сплавы (области III и IV). До-эвтектические сплавы содержат меньшее количество олова по сравнению с эвтектическим (от 19% до 61.9%), а за-эвтектические - больше (от 61.9 до 97.5)

аналогично поведению системы Cu-Ni, т.е. они полностью растворимы в твердом состоянии. В процессе затвердевания в зависимости от состава формируется одна фаза или . Для состава 1% Sn - фаза

Фаза представляет собой твердый раствор олова (Sn) в свинце (Pb).
Будем изображать ее тем же цветом, что и атомы
преобладающего элемента. Фазу будем обозначать

Фаза представляет собой твердый раствор свинца (Pb) в олове (Sn).
Фаза

растворимости: (2%-19% Sn).

ликвидус
солидус
сольвус

При понижении температуры (стадия 1) жидкость начинает затвердевать с образованием твердого раствора - стадии 2 и 3 (ниже линии солидуса).

Т.обр., на 4 стадии охлаждения в поле основной фазы появляются тонкие выделения фазы .

Поэтому при дальнейшем охлаждении (ниже линии сольвуса), когда содержание второго компонента превышает его предел растворимости, происходит распад твердого раствора с выделением другой твердой фазы :

Однако, растворимость олова в свинце ограничена. Она составляет 19% при температуре 183°C (это максимум растворимости) и понижается до 2% при температуре 0°C.

точно отвечает эвтектической точке.

Выше 183°C – жидкий сплав
При охлаждении до 183°C происходит эвтектическая реакция:

Ниже 183°C сплав твердый. Составы обеих твердых фаз (19% и 97.5% )
даются концами эвтектической линии. Т.е. - богатая свинцом фаза, а -богатая оловом фаза.

Поскольку затвердевание начинается и заканчивается при 183°C, кривая охлаждения имеет вид, аналогичный кривым охлаждения чистых металлов и содержит плато.

Плато (тепловая задержка)

–пластинку,
а Sn в –пластинку.

Процесс эвтектического затвердевания продолжается до тех пор, пока вся жидкость не затвердеет в ламелларную (пластинчатую) структуру.

Ламелларная (пластинчатая) структура эвтектики

Микрофотография ламелларной структуры эвтектического сплава свинец-олово (увеличение 400).

Ламелла –тонкая пластинка

олова по сравнению с эвтектическим (от 19% до 61.9%), а за-эвтектические - больше (от 61.9 до 97.5)

время

При достижении ликвидуса при T=260° выделяются первичные кристаллы -фазы, содержащие 12%Sn. Концентрация Sn в -твердом растворе увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура эвтектики T=183°.

При T=183° соединительная линия показывает, что твердая фаза содержит 19%Sn, а жидкость - 61.9%Sn. При эвтектической температуре T=183° жидкость всегда содержит эвтектической состав 61.9%Sn. Следовательно, при дальнейшем охлаждении ниже эвтектической температуры T=183° оставшаяся жидкость разлагается по эвтектической реакции, превращаясь в ламелларную смесь и фаз. Эта ламелларная смесь окружает первичные кристаллы, выделившиеся между 260° и 183° .

раствора и эвтектического сплава. При температуре ликвидуса T=260° , когда начинает

формироваться т/т фаза, происходит изменение наклона кривой, а при эвтектической температуре T=183° образуется плато.
Микрофотографии (а) до-эвтектического и (b) за-эвтектического сплавов свинец-олово. Темные пятна - -фаза (обогащенная свинцом), светлые –
-фаза (обогащенная оловом), тонкая структура между ними - ламелларная эвтектическая структура

компоненты.
Поэтому, например, Pb-Sn сплавы широко используются для пайки.

Медь, нагретая пламенем горелки, плавит Pb-Sn припой, который благодаря капиллярным силам затекает в тонкую щель. После охлаждения трубки оказываются достаточно крепко соединенными.

медные трубки

Пламя
газовой
горелки

Pb-Sn припой

Примеры: Чугуны и сплавы алюминия с чугуном являются эвтектиками

Ламелларная структура обеспечивает как хорошую прочность, так и пластичность.

твердого раствора;
-холодной обработкой;
-контролем затвердевания, приводящим к уменьшению размера зерен

Если же содержание второго компонента превышает предел растворимости, то управление прочностными характеристиками может производиться также контролем количества выделяющейся второй фазы и ее свойств. Это называется дисперсным упрочнением.

между фазами мешают скольжению дислокаций и упрочняют материал. Такое явление известно как дисперсное упрочнение.

Определения:
Матрица – это непрерывная фаза, присутствующая в большом количестве.
Выделения – это разрывная фаза, присутствующая в малом количестве.

Дисперсное упрочнение

пластичной, а выделения должны быть твердыми. Тогда трещины смогут появляться только в ограниченном объеме внутри

Хорошее

Плохое

Выделения должны быть маленькими и многочисленными, увеличивая площадь поверхности, которая тормозит скольжение.

Иглопо-добные частицы

Частицы выделений должны быть округлыми, без острых концов. Иначе трещина начнет расти.

Большое количество выделений повышает прочность сплава.

1
2

3

4

твердых зерен выделений. В случае твердой матрицы трещины распро-странялись бы по всему объему.

и хрупкими, а также карбиды и бориды.
Соединения могут быть стехиометрическими и нестехиометрическими.

Стехиометрические соединения имеют фиксированный состав; например, сталь упрочняется карбидом железа , имеющим соотношение 3 атома железа на 1 атом углерода.
Нестехиометрические соединения имеют широкую область гомогенности.