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

rc

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.

mu so 60

-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.