Правило фаз или закон Гиббса

Постоянная температура при кристаллизации или, что тоже самое – наличие площадки на кривой охлаждения, объясняется, доказывается важнейшим физико-химическим законом, так называемым, правилом фаз или законом Гиббса.

Правило фаз – это закон, выражающий соотношение между числом фаз Ф, числом компонентов К, внешних переменных В и числом степеней свободы для равновесной температуры.

Чтобы успешно пользоваться этим правилом необходимо дать понятия этим величинам.

ФАЗА – это однородная часть системы, ограниченная от другой части системы поверхностью раздела при переходе через которую свойства изменяются скачкообразно.

КОМПОНЕНТАМИ системы называют химические соединения или элементы, из которых может быть образована любая система. Это может быть один металл или элементы сплава.

ЧИСЛОМ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ – или ВАРИАНТНОСТЬЮ СИСТЕМЫ называют количество факторов (концентрация, температура, давление), которые можно произвольно изменять без изменения числа фаз системы.

Математически выражение правила фаз имеет вид:

С = К - Ф + 1, где

К – количество компонентов, образующих систему

Ф- число фаз в системе

В – число внешних переменных

Применяя правило фаз к металлам, можно во многих случаях принять изменяющимся только один внешний фактор – температуру, т.к. давление мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях.

Тогда правило фаз примет вид:

С = К – Ф + 1

Математически - степень свободы – это разность между числом переменных и уравнений, в которые входят эти переменные

Если С =0, то такое равновесие называется НОНВАРИАНТНЫМ.

При нонвариантном равновесии сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных условиях - при постоянной температуре. На кривой охлаждения – площадка.

Если С = 1, то система называется МОНОВАРИАНТНОЙ, система находится не в равновесии, следовательно, температура меняется – на кривой пер

ЛЕКЦИЯ 2

Строение и свойства сплавов. Диаграммы состояния бинарных сплавов

В промышленности преимущественное распространение находят не чистые металлы, а сплавы металлов с металлами или металлов и неметаллов.

Металлическим сплавом называют вещество, полученное сплавлением двух или более компонентов.

Термин «сплав» в настоящее время имеет более широкое значение, чем во время его появления. Если раньше промышленные материалы, содержащие несколько элементов, получали преимущественно путем сплавления, то сейчас многие материалы получают и другими технологическими способами, например, порошковой металлургией, при электролизе, при плазменном напылении и др.

 

Роль сплавов в технике неизмеримо более велика, чем чистых металлов, т.к. они обладают более высоким комплексом свойств, которые можно широко менять в зависимости от состава.

Компоненты – это составляющие сплава.

 

В сплавах элементы могут различно взаимодействовать между собой, образовывая различные по химическому составу и кристаллическому строению фазы.

 

из однородного жидкого раствора

 

 

однородный твердый р-р механическая смесь химическое

соединение

 

В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы:

1. механические смеси;

2. химические соединения;

3. твердые растворы.

Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Образуются между элементами значительно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия между однородными атомами больше чем между разнородными. Сплав состоит из кристаллов входящих в него компонентов (рис. 4.). В сплавах сохраняются кристаллические решетки компонентов.

Рис. 4.. Схема микроструктуры механической смеси