Тема 18. Диаграммы плавкости неметаллических систем.

 

Пример 1. Установление вида диаграммы плавкости системы. Начертите диаграмму плавкости системы СаО—SiO₂ по следующим данным:

СаО, % О 20 32 49 57 71 75 100

t, °С 1710 1600 1450 1550 1480 2090 2060 2580

Определите состав химических соединений, образующихся при сплавлении этих оксидов.

Решение. По приведенным данным строим диаграмму плавкости, откладывая по оси ординат температуру, а по оси абсцисс содержание SiO₂ и СаО в сплаве (в %), причем содержание СаО увеличивается по оси абсцисс слева направо, а для SiO₂ — справа налево. Диаграмма плавкости системы SiO₂—СаО приведена на рис. 12.

Рис. 12

 

Два максимума на диаграмме плавкости при 1550 и 2090 °С отвечают химическим соединениям, состав которых следующий:

1550 °С — 49 % СаО и 50 % SiO₂;

2090 °С — 71 % СаО и 2050°С 29 % SiO₂.

Пример 2. Определение по диаграмме плавкости числа фаз, образующихся при охлаждении сплава определенного состава.

Диаграмма плавкости системы SiO₂—А1₂О₃ приведена на рис. 13. Сколько фаз образуется при охлаждении с 2100 до 1800 °С расплава, содержащего 85 % А1₂О₃ и 15 % SiO₂. Найдите число степеней свободы при этом.

Решение. Сплаву, содержащему 85 % А1₂О₃ и 15 % SiO_а, на диаграмме плавкости соответствует ордината АВСDК. Изменение числа фаз и степеней свободы при охлаждении этого расплава рассмотрим в точках .А, В, С, D, К..

В точке А (t = 2100 °С) начинается охлаждение сплава, в точке А — жидкая фаза. Число степеней свободы:

С = К — Ф + 1 = 2—1 + 1 = 2.

Можно произвольно менять состав и температуру расплава.

В точке В (t =1930°С) начинается кристаллизация А1₂О₃, в точке В — две фазы: жидкий расплав и кристаллы А1₂0₃. Число степеней свободы:

С = 2—2 + 1 = 1,

т, е. каждой температуре отвечает определенный состав расплава. В точке С (t = 1850 С) начинается и заканчивается кристаллизация эвтектического сплава. В точке С три фазы: жидкий расплав, кристаллы А1₂О₃ и кристаллы эвтектики. Число степеней свободы:

С = 2—3+1 = 0.

Это означает, что температура и составы фаз имеют определенное значение. Изменение температуры влечет за собой изменение состава фазы. В точке D(t = 1800°С) продолжается охлаждение твердых фаз. В точке Dдве фазы — кристаллы А1₂О₃ и эвтектика. Число степеней свободы:

С = 2—2+1 = 1,

т. е, каждой температуре соответствует определенный состав твердых фаз.

328. По следующим данным:

SiO₂, % О 6 8 13 16 22 29 100

t, °С 890 800 710 740 716 760 726 1710

начертите диаграмму плавкости для системы PbО — SiO₂. Определите состав и формулы химических соединений, образующихся при сплавлении PbО и SiO₂. Ответ: SiO₂· 2 PbO; SiO₂∙ PbO.

329. По диаграмме состояния системы PbО — SiO₂ (см. задачу 715) установите, сколько фаз образуется при охлаждении расплава, содержащего 10 % SiO₂ и 90 % РbО при температурах (°С): 750, 730, 710 и 600. Определите число степеней свободы при этом. Ответ: 2; 1; 0; 1.

 

Fе 100%

 

Рис. 14.

 

330. Диаграмма плавкости системы Fе — Si имеет вид (рис. 14). Установите фoрмулу химического соединения, образующегося при сплавлении Fе и Si. Определите содержание жидкой и твердой фаз для 25 кг сплава 70 % Si и 30 % Fе при 1300 °С. Ответ: FeSi; 20,8 кг; 4,2 кг.

331. Рассчитайте массу образовавшейся эвтектики Е (см. диаграмму плавкости задачи 717) при охлаждении 150 г расплава, содержащего 80 % Fе, до полного затвердевания. Ответ: 146,3 г.

332. Постройте диаграмму плавкости для системы SгО — SiO₂, если температура плавления SrО 2430 °С, а SiO₂ 1710 °С. Температуры эвтектик соответственно равны 1588 и 1399 °С. В первой эвтектике содержится 33 % SiO₂, а во второй — 57 % SiO₂. Образованию химического соединения соответствует минимум на кривой при 1605 °С. В химическом соединении содержится 38 % SiO₂. Определите, сколько степеней свободы имеют следующие составы при температурах:

SiO₂, % 60 80 90

t, o С 1700 1560 1399

Ответ: 2; 1; 0.

333. По диаграмме плавкости для системы SrО — SiO₂(см. задачу 719) установите формулу химического соедине­ния. Рассчитайте массу этого соединения в 1,3 кг сплава, содержащего 60 % SrО. Ответ: SiO₂· SrO; 1,26 кг.

334. При сплавлении NаF и А1F₃ образуется химическое соединение, содержащее 26 % А1F₃. Установите формулу химического соединения и рассчитайте его массу в 650 г сплава, содержащего 80 % NaF. Ответ: AlF₃·6 NaF; 500г.

335. Начертите диаграмму плавкости для системы NаС1 — АgС1 на основании следующих данных:

NаС1, %....................... 100 80 60 40 20 О

t, °С, начала кристаллизации. 801 732 669 597 516 455

t, °С, конца кристаллизации. 801 680 576 503 470 455

Определите температуру затвердевания и плавления сплава, содержащего 15 % АgС1. Ответ: 760, 700°С.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

 

Таблица 2.

Таблица вариантов контрольных заданий.

 

Номер варианта

Номера задач, относящихся к данному заданию