Судостроительные материалы. Мутылина И.Н. - 12 стр.

                Глава 3. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ


     Микроструктура сплава формируется в процессе кристаллизации, фазовых превращений
и структурных изменений в твердом состоянии, происходящих при литье, обработке давле­
нием и термической обработке. Несмотря на многообразие факторов, влияющих на формиро­
вание микроструктуры сплавов, важнейшие ее особенности можно предсказать, используя
диаграммы состояния. Диаграммы состояния дают сведения о характере фазовых превраще­
ний и их последовательности при нагревании и охлаждении сплавов.
     Диаграммы состояния, или диаграммы фазового равновесия, в удобной графической
форме показывают зависимость фазового состава сплава от температуры и концентрации.
Диаграммы состояния позволяет определить фазовые превращения в условиях очень медлен­
ного охлаждения или нагрева. Истинное равновесие в практических условиях достигается
редко. В подавляющем числе случаев сплавы находятся в метастабильном состоянии, т.е. в
таком состоянии, когда они обладают ограниченной устойчивостью и под влиянием внешних
факторов переходят в другие более устойчивые состояния, т.к. их энергия Гиббса больше
минимальной.
     Для целей практики важно, что метастабильные состояния нередко сообщают сплавам
высокие механические свойства и др. В этом случае металловедение должно установить при­
роду метастабильных состояний, обеспечивающих оптимальный комплекс свойств, и разра­
ботать режимы термообработки или какой-либо другой обработки, позволяющей получить
эти неравновесные состояния. Исходным положением при решении этих задач является зна­
ние диаграммы фазового равновесия.
     Правило равновесия фаз. Каждая фаза характеризуется термодинамическими парамет­
рами – температурой, давлением и концентрацией компонентов, образующих данную фазу.
Термодинамические параметры равновесной системы (сплава), которым можно придавать
произвольные (в некотором интервале) значения так, чтобы не появлялись новые и не исче­
зали старые фазы, называют термодинамическими степенями свободы. Число термодинами­
ческих степеней свободы – это вариантность системы. Зависимость между числом степеней
свободы (или вариантностью), числом компонентов и числом фаз устанавливает правило
равновесия фаз.
     Правило равновесия фаз выражается уравнением C=K–Ф+2, где 2 – число внешних фак­
торов; С – число степеней свободы; К – число компонентов, образующих сплав; Ф – число
фаз, находящихся в равновесии. Под С понимают возможность изменения температуры, дав­
ления и концентрации без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.
     При изучении физико-химических равновесий за внешние факторы, влияющие на состо­
яние сплава, принимают температуру и давление. Применяя правило фаз к металлам, можно
во многих случаях принять изменяющимся только один внешний фактор – температуру, т.к.
давление, за исключением очень высокого, мало влияет на фазовое равновесие сплавов в
твердом и жидком состояниях. Тогда уравнение примет следующий вид: С=К–Ф+1, т.к. чис­
ло С не может быть меньше нуля и не может быть дробным числом, то К–Ф+1>0, а Ф≤К+1,
т.е. число фаз в сплаве, находящемся в равновесном состоянии, не может быть больше, чем
число компонентов +1. Следовательно, в двойной системе в равновесии может находиться не
более трех фаз, а в тройной – не более четырех и т.д.
     Если С=0 (нонвариантное равновесие), это означает, что сплав из данного числа фаз мо­
жет существовать только в совершенно определенных условиях: при постоянной температу­
ре и определенном количестве всех находящихся в равновесии фаз. Превращение начинается
и заканчивается при постоянной температуре.
     Диаграммы состояния строят экспериментально, правило фаз используют для анализа
опытных данных. Диаграммы состояния строят в координатах температура – концентрация в
% по массе или реже в атомных %.

                                           12