Правило отрезков диаграмма состояния

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Непосредственный химический анализ и взвешивание жидкой и твердой фаз на любой стадии кристаллизации сплавов могли бы дать точный ответ об их составе и относительных весовых количествах. Однако эти способы громоздки и длительны. Кроме того, практически они далеко не всегда осуществимы.

Можно легко избегнуть химического анализа и непосредственного взвешивания, если применить к уже имеющейся диаграмме состояний «правило отрезков», также называемое «правилом рычага».

Правило отрезков позволяет легко определить:
1) состав (концентрацию) твердой и жидкой фаз при любой температуре кристаллизации и
2) относительные весовые количества твердой и жидкой фаз при любой температуре кристаллизации.

Процесс кристаллизации из жидкого раствора может быть прослежен с помощью правила отрезков на любой диаграмме состояний. Правило отрезков применимо и для некоторых областей таких Диаграмм, где кристаллизация протекает не только из жидкого, Но также из твердого раствора (диаграмма IV типа).

Возможность определения весовых количеств твердой и жидкой фаз является второй особенностью правила рычага. Оказывается, что горизонталь fg, проведенная через фигуративную точку Ь, может быть принята за характеристику полного весового количества изучаемого сплава. Тогда отрезки этой горизонтали bf и bg будут соответственно характеризовать весовые количества твердой и жидкой фаз, выраженные в долях или процентах от полного веса сплава.

Другими словами, сплав, достигший температуры а, готов к кристаллизации, но еще не начал кристаллизоваться и целиком находится в жидком состоянии.

Из изложенного видно, что состав кристаллов твердого раствора при затвердевании изменяется по линии солидус от точки е до точки d, а состав жидкой фазы — по линии ликвидус от точки а до точки k. Состав твердого раствора в конце кристаллизации оказывается равным составу исходного жидкого раствора вследствие выравнивания концентрации при очень медленном охлаждении за счет явления диффузии как между жидкостью и твердым раствором, так и между кристаллами твердого раствора.

Подобно изложенному правило отрезков прилагается и к диаграмме I типа. Горизонталь проводится через фигуративную точку до пересечения с линией ликвидус и начальной координатой. Точки пересечения с ликвидусом (точки а, f

pereosnastka.ru

Правило отрезков 2449

ЕЩЁ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:

Теория

Сплав— это вещество, полученное сплавлением нескольких химических элементов (в на­шем случае — двух).

Химические элементы, оставляющие сплав, называются его компонентами. В общем виде будем их обозначать А и В.

Для одних и тех же компонентов множество сплавов, отличающихся только концентрацией компонентов, составляют систему сплавов, которую принято именовать по перечню компо­нентов. Например, сплавы системы А — В — это множество сплавов из компонентов А и В, отли­чающихся содержанием А и В. Поскольку в двойных сплавах суммарная концентрация компонен­тов составляет 100%:

то любой конкретный сплав системы А — В принято указывать содержанием в нем компонента В (например: сплав, содержащий 10% В).

Внутри сплава его компоненты распределены в общем случае неравномерно (сплав — не про­сто смесь компонентов), они находятся внутри различных структурных и фазовых составляющих. Свойства сплава полностью определяются его внутренними составляющими (фазовым составом, структурой), которые можно определить путем анализа диаграммы состояний.

Диаграмма состояния сплавов системы А — В — это графическое изображение воз­можных фазовых и структурных состояний любых сплавов системы А — В при любых температу­рах. Диаграммы состояний изображаются в координатах: температура — хим. состав сплава. В на­шем случае хим. состав любого сплава однозначно задается указанием содержания в нем компо­нента В. Таким образом, координаты диаграммы состояний: температура сплава — содержание в нем компонента В.

Вид диаграммы состояния полностью определяется характером физико-химического взаимодействия его компонентов между собой. Будем в дальнейшем рассматривать лишь такие сплавы, которые могут быть полностью расплавлены. Тогда можно считать, что при достаточно высоких температурах любые сплавы представляют собой однородный жидкий раствор компонен­тов, который на всех диаграммах будем обозначать через L (жидкость).

В твердом состоянии компоненты внутри сплава могут в общем случае взаимодействовать следующим образом:

1)химически реагировать друг с другом с образованием нового вещества –химического соединенияAmBn:

2)растворяться в кристаллической решетке друг друга полностью либо частично, при этом образуются твёрдые растворы (например, твердый раствор А в В);

3)образовывать легкоплавкую механическую смесь, которая называется эвтектикой.
Важнейшими элементами внутреннего строения любых сплавов являются его фазовые составляющие (или короче — фазы).

Фаза— это однородная (иногда — очень малая по размерам) часть сплава, отделенная от других частей границей раздела, при переходе которой наблюдается скачок физико-механических свойств вещества.

В соответствии с этим определением в общем случае фазами в сплавах могут быть:

1)компоненты А, В;

2)жидкий раствор компонентов — жидкость L;

3)твердые растворы компонентов друг в друге — а, β.

Следует, обратить внимание, что механическая смесь неоднородна, следовательно, эвтектика — не фаза! (Это смесь нескольких фаз).

Каждой фазе, существование которой возможно в сплавах системы А — В, на диаграмме со­стояний этой системы соответствует однофазная область, то есть область температур и составов, при которых фаза способна существовать с присущими ей физическими свойствами.

При проведении анализа диаграммы состояний необходимо сначала по характерным линиям диаграммы определить вид взаимодействия компонентов в сплавах данной системы, затем выя­вить однофазные области на диаграмме. После этого с помощью правила отрезков (см. ниже) оп­ределить фазовый состав сплавов в остальных (двухфазных) областях диаграммы состояний и, на конец, построением кривых охлаждения для конкретных сплавов системы определить возможные структуры сплавов в охлажденном состоянии.

Правило отрезков

Правило отрезков служит для определения:

1)фазового состава сплава в заданной точке диаграммы состояния;

2)химического состава фаз, имеющихся в сплаве;

3)весовой доли каждой фазы

С этой целью, вначале из заданной точки на диаграмме состояния необходимо провести от­резок горизонтали влево и вправо до пересечения с границами ближайших однофазных областей, а затем на этом отрезке необходимо определить все точки его контакта (т.е.

Рис. 1. Применение правила отрезков при анализе диаграмм состояний.

1.Задана т. а, проведен отрезок bac, определены точки b и с.

2.Задана т. d, проведен отрезок fde, отмечены точки f и е.

3.Задана т. q, проведен отрезок hiqk, отмечены точки h, i, k.

В дальнейшем, по определенным (отмеченным) точкам пересечения и касания с однофазны­ми областями можно для заданной начальной точки определить фазовый состав сплава, химиче­ский состав фаз в сплаве и весовую долю каждой фазы.

1)Фазовый состав сплава определяется по принадлежности каждой отмеченной точки к однофазной области

В примере 1: т. b указывает фазу А, т. с — фазу L, т.е. в заданной точке а сплав имеет фазовый состав A+L.

В примере 2: в заданной т. d фазовый состав сплава: А+В.

В примере 3: заданной т. q фазовый состав сплава: A+B+L.

2)Химический состав фаз определяется по проекциям отмеченных точек на ось концентраций.

В примере 1: в фазе А (т. b cодержится 0% В, в фазе L (т. с) — с’% В.

В примере 2: в фазе А (т. О — 0% В, в фазе В (т. е) — 100% В.

В примере 3: в А (т. h) — 0% В, в L (т. i) — \’ % В, в В (т. к) — 100% В.

3)Весовую долю фазы- определяют по правилу рычага, как отношение противолежащей фазе части отрезка ко всей его длине

В примере 1: Q А= QL=

В примере 2: QA = 100%, QB = 100%.

Замечание: при наличии в сплаве более двух фаз применять правило рычага не следует.

Помимо определения фазового состава сплава, с помощью правила отрезков можно опреде­лить и структурный состав. В этом случае отрезок горизонтали необходимо проводить до пересе­чения с границами областей структурных составляющих. Например, если задана т. l(рис.2), то проводим отрезок nlm, и отмеченные точки nиmуказывают, что в заданной точке l сплав имеет структуру: эвт (А+В)+ кристаллы В; в эвтектике содержится n ‘ % B (проекция т.n); в кристаллах B-100%В (проекция т.m);

100% В (проекция т. т); весовая доля эвтектики в структурном сплаве

Qэвт=

Доля кристаллов В в структуре сплава

QB= 100%

Правило фаз (правило Гиббса)

В данной работе это правило используется, в основном, для контроля хода кривых охлажде­ния сплавов. Правило имеет вид:

где К — число компонентов в сплаве;

Ф — число фаз в рассматриваемом состоянии сплава;

С — число степеней свободы сплава, в нашем простейшем случае анализа — это число возможно­стей у сплава уменьшить свою температуру при отводе от него тепла.

Если С>0 (т.е. С = 1 или 2), то температура сплава будет монотонно понижаться при отводе тепла от сплава. Если в некоторой точке происходит изменение от С = 1 к С = 2 или наоборот, то изменяется скорость снижения температуры сплава, т.е. в этих точках на кривой охлаждения бу­дут изломы.

Если С = 0, то несмотря на отвод тепла от сплава, его температура будет оставаться постоян­ной до тех пор, пока не завершится какой-то процесс внутри сплава, благодаря чему в нем умень­шится число фаз и окажется C>0. На кривой охлаждения сплава этому процессу будет соответст­вовать горизонтальный участок.

studepedia.org

Правило фаз и правило отрезков

Для анализа фазовых превращений широко используются правило фаз и правило отрезков.

Правило фаз(закон Гиббса[32]) описывается уравнением: С = К – Ф + 2, где

С – число степеней свободы системы – число внутренних (концентрация) и внешних факторов (температура и давление), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе;

К – число компонентов (химических элементов), образующих систему. Иногда в качестве компонентов удобно использовать не химические элементы, а их соединения, например, Fe3C, тогда их называют псевдокомпонентами;

Ф – число фаз, находящихся в равновесии;

2 – число внешних факторов (температура и давление).

Многие металлургические процессы проходят при постоянном давлении, чаще всего, атмосферном. В этом случае правило фаз упрощается: С = К – Ф + 1.

Продемонстрируем применение правила фаз для объяснения различного поведения кривых охлаждения чистых компонентов и сплавов на рис. 24.1а, приняв давление постоянным.

На кривой охлаждения А имеется 3 участка:

— на участке А–tА существует только однокомпонентная жидкость, поэтому С=1–1+1=1, т.е. существует одна степень свободы, которая реализуется на снижение температуры;

— при температуре кристаллизации tА в равновесии находятся жидкая и твердая фазы, поэтому С=1–2+1=0 и система не может изменять температуру пока вся жидкость не затвердеет, т.е. не станет однофазной;

— при температуре ниже tА существует только одна твердая фаза, поэтому С=1–1+1=1 и система получает возможность дальнейшего охлаждения до комнатной температуры.

На кривой охлаждения 1 также имеется 3 участка:

— на участке 1–t1 существует только двухкомпонентная жидкость, поэтому С=2–1+1=2, т.е. существует две степени свободы, одна из которых реализуется на снижение температуры;

— на участке t1t2 в равновесии находятся жидкая и твердая фазы переменного состава, поэтому С=2–2+1=1 и система может продолжать кристаллизоваться с одновременным снижением температуры;

— при температуре ниже t2 существует только одна твердая фаза, поэтому С=2–1+1=2 и полученный сплав компонентов А и В имеет возможность дальнейшего охлаждения до комнатной температуры.

Правило отрезков (правило рычага) позволяет определить химический состав фаз, находящихся в равновесии и соотношение между этими фазами.

Рассмотрим охлаждение двухкомпонентного сплава, содержащего 25 % В + 75 % А, – см. сечение К на рис 25.

Чтобы определить химический состав в любой точке а двухфазной области необходимо через выбранную точку а провести горизонталь до пересечения с ближайшими сплошными линиями диаграммы состояния. Такая горизонталь называется конода. Точка пересечения коноды с линией ликвидуса (AmB) b характеризует состав жидкой фазы; точка пересечения с линией солидуса (AnB) c характеризует состав твердой фазы; т.е. в точке a в термодинамическом равновесии сосуществуют жидкость, содержащая примерно 10 % В + 90 % А, и твердая фаза, содержащая 45 % В + 55 % А.

Рис. 25. Построение конод для применения правила отрезков

Относительное содержание жидкой и твердой фаз характеризуется противолежащими к ним отрезками: жидкая характеризуется отрезком ac, а твердая – ba, поэтому отношение жидкой к твердой фазе выражается дробью: ж/тв = ac/ba. Отрезок характеризует все 100 % сплава, поэтому доля жидкой фазы равна: ж/(ж+тв) = ac/bc, а твердой – тв/(ж+тв) = ba/bc.

Из правила отрезков также следует, что по мере охлаждения химический состав твердой и жидкой фазы непрерывно изменяются. Так, например, в точке 1, отвечающей началу кристаллизации, в равновесии находятся жидкая фаза, содержащая примерно 25 % В + 75 % А, и зародыши твердой фазы, содержащие 70 % В + 30 % А; а в точке 2, отвечающей окончанию кристаллизации, в равновесии находятся остатки жидкой фазы, содержащие 5 % В + 95 % А, и твердая фаза, содержащая примерно 25 % В + 75 % А.

Таким образом, первые порции образующейся твердой фазы обогащены более тугоплавким компонентом. Однако при очень медленном охлаждении процессы диффузии в жидкой и твердой фазах (объемная диффузия), а также процессы взаимной диффузии между ними (межфазная диффузия) успевают за процессом кристаллизации, поэтому состав кристаллов по всему объему затвердевшего сплава выравнивается.

studopedia.ru

Правило отрезков диаграмма состояния

24. Правило рычага и центра тяжести треугольника

Пользуясь диаграммой состояния, можно для любой температуры определить не только число фаз, но и их состав и количественное соотношение. Для этого следует применить правило отрезков (правило рычага).

Это правило может быть использовано для диаграмм, в которых сплавы находятся в двухфазном состоянии. Первое правило отрезков – определение состава фаз.

Фазовое строение сплавов на диаграмме зависит от температуры. При термодинамическом воздействии компонентов друг на друга снижается температура их перехода в жидкое состояние, достигая некоторого минимума при определенном для каждой пары компонентов составе. Состав сплава можно определить, спроецировав точку С на ось абсцисс (точка В 3). Сплав двух компонентов, который плавится при минимальной температуре, называется эвтектическим или эвтектикой. Эвтектика является равномерной смесью одновременно закристаллизовавшихся мелких зерен обоих компонентов. Температура, при которой одновременно плавятся оба компонента, называется эвтектической температурой

На диаграмме состояния температуры, выше которых сплавы находятся в жидком состоянии, лежат на линии АСВ, называемой линией ликвидуса. Переход сплавов из жидкого состояния в твердое при кристаллизации происходит в интервале температур, лежащих между линией ликвидуса и эвтектической температурой, которой соответствует линия солидуса DCE. При этом из каждого сплава по мере снижения температуры в твердую фазу переходит вначале тот компонент, количество которого превышает эвтектическую концентрацию. У доэвтектических сплавов двухфазная область АСD содержит избыточный компонент А и жидкую фазу Ж, а в заэвтектической области ВСЕ находятся соответственно твердая В и жидкая Ж фазы. В обоих случаях фаза Ж является жидким раствором обоих компонентов.

По мере снижения температуры и приближения ее к ^ состав незакристаллизовавшейся фазы приближается к эвтектическому При этом чем меньше сплав отличается по составу от эвтектического, тем ниже его точка ликвидуса, и тем больше в нем затвердевает эвтектики.

Количественные изменения в сплавах данной системы компонентов при кристаллизации подчиняются правилу отрезков. Количество каждой структурной составляющей, от которого зависят свойства, может быть вычислено по правилу отрезков применительно к эвтектической температуре. При оценке прочностных свойств следует иметь в виду, что та часть сплава, которая представлена эвтектикой, имеет более высокую прочность, чем часть, представленная более крупными зернами избыточной фазы.

Для определения состава фаз для сплава при различных температурах в точке п. Для этого через точку п, характеризующую состояние данного сплава при температуре tn, надо провести горизонтальную линию (коноду) 24б до пересечения с линиями диаграммы состояния, ограничивающими данную двухфазную область. Точки пересечения l2 и s2 проектируют на ось концентраций. Проекция точки l2 точка l2 покажет состав жидкой фазы, а точки s2 – точка s2 – твердой фазы. Чтобы определить состав фаз при любой температуре, нужно через эту точку провести коноду и спроектировать точки пересечения с ликвидусом и солидусом на ось концентраций. Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса, а твердой – по линии солидуса.

При температурах ниже линии солидуса фазовый состав всех сплавов рассматриваемой системы состоит из зерен обоих компонентов: А+В. Различают присутствующие в любом сплаве мелкие зерна А и В, составляющие эвтектику, и крупные зерна избыточных фаз – компонентов А или В соответственно в доэвтектических и заэвтектических сплавах.

Пользуясь вторым положением правила отрезков, определяют количественное соотношение фаз для любой температуры. Количество (масса) фаз обратно пропорционально отрезкам проведенной коноды.

Правило отрезков (рычага) позволяет определить состав и количество твердой и жидкой фаз сплава, находящегося в интервале кристаллизации. По диаграмме состояния можно определить не только число фаз конкретного сплава при данной температуре, но и относительное количество каждой фазы. Для определения количества фаз, например, сплава Pb – Sb, содержащего 72 % Sb, при заданной температуре необходимо провести перпендикуляр из точки на оси концентрации, соответствующей содержанию 72 % Sb, и горизонтальную линию, соответствующую заданной температуре tзад. В результате пересечения линий получим точку К. Горизонтальную линию, проходящую через точку К, продолжим до пересечения с линиями диаграммы, получим точки l и S. Точка lсоответствует жидкой фазе сплава (лежит на линии ликвидуса), точка S-твердой фазе (лежит на оси температур чистой сурьмы).

1. Количество твердой фазы равно отношению длины плеча, примыкающего к жидкой фазе, к длине всего рычага.

2. Количество жидкой фазы равно отношению длины плеча, примыкающего к твердой фазе, к длине всего рычага.

www.e-reading.mobi

Правило отрезков. В процессе кристаллизации изменяются и концентрация фаз (поэтому состав жидкости изменяется), и количество каждой фазы (при кристаллизации количество твердой

В процессе кристаллизации изменяются и концентрация фаз (поэтому состав жидкости изменяется), и количество каждой фазы (при кристаллизации количество твердой фазы увеличивается, а жидкой уменьшается). В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. Для этого служит так называемое правило рычага, или правило отрезков.

В точке а, показывающей состояние сплава К при температуре t1 (рис.1.17), сплав состоит из кристаллов В и жидкости. Выше точки l сплав находится в однофазном состоянии (жидком), и концентрация компонентов в этой фазе (т.е. в жидкости) определялась проекцией точки l. При охлаждении из сплава выделяются кристаллы В и состав жидкости изменяется в сторону увеличения в ней компонента А. При температуре t1 концентрация компонента Вв жидкости определяется проекцией точки b на ось концентраций (точка b’); это максимальное количество компонента В, которое может содержать жидкость при t1 . По достижении эвтектической температуры жидкость принимает эвтектическую концентрацию. Следовательно, при охлаждении сплава К концентрация жидкости меняется по кривой lC. Выделяющиеся кристаллы В имеют постоянный состав — это чистый компонент В, концентрация которого лежит на вертикальной оси ВВ.

Массовая (объемная) доля жидкой фазы обратно пропорциональна отрезку аС, а твердой фазы – отрезку ab, т.е. отрезкам линии между заданной точкой а и точками, определяющими составы этих фаз.

Рис.1.17 Диаграмма состояния (к применению на ней правила отрезков)

Правило отрезков в двойных диаграммах состояния можно применить только в двухфазных областях. В однофазной области имеется лишь одна фаза; любая точка внутри области характеризует ее концентрацию.

Дата добавления: 2015-04-15 ; просмотров: 400 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

helpiks.org

Смотрите так же:

  • Приказ на проведение инвентаризации товарно-материальных ценностей образец Приказ о проведении инвентаризации. Форма № ИНВ-22 Читайте также: Мы Вконтакте Документы инвентаризации Заполните бланк без ошибок за 1 минуту! Бесплатная программа для автоматического заполнения всех документов для торговли и склада. […]
  • Налог на имущество при продаже основного средства Продажа основных средств при УСН В некоторых случаях при продаже основного средства фирма обязана пересчитать базу по "упрощенному" налогу в порядке, предусмотренном главой 25 Налогового кодекса. Рассмотрим, когда продажа ОС при УСН […]
  • Наказание восставших левитов Наказание восставших (итал. Punizione dei ribelli ) — фреска работы Сандро Боттичелли, написанная в период 1480—1482 гг. Расположена в Сикстинской капелле, Ватикан. Содержание История [ править ] 27 октября 1480 года Боттичелли, вместе с […]
  • Обязанности граждан рф в области защиты от чс Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. N 68-ФЗ "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" Принят Государственной Думой 11 ноября 1994 года Глава IV. Права и обязанности граждан […]
  • Федеральный институт сертификации и оценки интеллектуальной собственности и бизнеса ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ СЕРТИФИКАЦИИ И ОЦЕНКИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ И БИЗНЕСА"7713445566 Оценка налоговых рисков при работе с Контрагентом(Должная осмотрительность) Организация не […]
  • Налог на прибыль лимит авансов Ежемесячные авансовые платежи по налогу на прибыль с доплатой по итогам квартала Актуально на: 22 января 2018 г. Организации, не имеющие права на уплату только квартальных авансов по налогу на прибыль и не перешедшие добровольно на […]