ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общие замечания о построении диаграмм состояния из "Металловедение " Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава. Если изменяется состав сплава, его температура, давление, и состояние сплава также изменяется, то это находит графическое отображение в диаграмме состояния. [c.109] Диаграмма состояния показывает устойчивые состояния, т. е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии. Поэтому диаграмма состояния может также называться диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы. В соответствии с этим и изменения в состоянии, которые отражены на диаграмме, относятся к равновесным усло Виям, т. е. при отсутствии перенагрева или переохлаждения. Однако, как мы видели раньше, равновесные превращения, т. е. превращения в отсутствие переохлаждения или перенагрева, в действительности не могут совершаться (см. гл И), поэтому диаграмма состояния представляет собой теоретический случай, а в практике используется для рассмотрения превращений при малых скоростях нагрева или охлаждения. [c.109] Общие закономерности сосуществования устойчивых фаз, отвечающих тео1ретическим условиям равновесия, могут быть выражены в математической форме, именуемой правилом фаз, или законом Гиббса. [c.109] Правило фаз дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количеством фаз и компо нентов. [c.109] Мы уже применяли слова фаза и компонент , но теперь при изучении правила фаз надо дать этим понятиям определение. [c.109] Следовательно, однородная жидкость является однофазной системой, а механическая смесь двух видов кристаллов — двухфазной, так как каждый кристалл отличается от другого по составу или по строению и они отделены один от другого поверхностью раздела. [c.110] Под число.м степеней свободы (вариантностью) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление и концентрация), которое можно изменять без из.ие-нения числа фаз в системе. [c.110] Если число степеней свободы равно нулю (нонвариантная система), то, очевидно, нельзя изменять внешние н внутренние факторы системы (температуру, давление, концентрацию) без того, чтобы это не вызвало изменения числа фаз. [c.110] Уравнение правил фаз выводят на основании следующих соображений. [c.110] Предположим, что мы имеем систему из нескольких компонентов, образующих несколько фаз, и система находится, в равновесии. [c.110] Для системы, находящейся п равновесии, термодинамический потенциал (уровень свободной энергии) каждого компонента во всех фазах одинаков. [c.110] При наличии двух компонентов в двух фазах термодинамический потенциал компонента в первой фазе равен термодинамическому потенциалу этого же компонента во второй фазе, т. е. [c.110] Система из двух приведенных уравнений является неопределенной,так как в этих уравнениях имеются четыре переменных. Для двух переменных можно дать любое значение, и только тогда эта система становится определенной. Для нашего случая, когда при днух компонентах имеем две фазы, система имеет две степенп свободы (число степеней свободы равняется разности между числом переменных и числом уравнений). [c.111] Чему равно в этой системе уравнений число степеней свободы В каждой строчке имеется /— 1 уравнение, а всех строк к, следовательно, всего имеется (,f — 1) к уравнений. Переменными в нашей системе являются температура, давление и концентрации. Предполагая, что в каждую фазу входят все компоненты, то в ней можно изменять концентрацию k— 1 компонентов (концентрация последнего определится по разности). [c.111] При выводе уравнения правила фаз исходили из того, что термодинамический потенциал каждого компонента во всех сосуществующих фазах минимален, поэтому система не стремится ИИ к каким изменениям и находится в равновесном состоянии. Правило фаз и все связанные с ним выводы справедливы только для равновесного состояния. [c.111] Это выражение правила фаз будем применять к металлическим системам равновесия, считая давление во всех процессах неизменным. [c.112] Посмотрим, как изменяется степень свободы однокомпонентной системы ()fe=l) для случая кристаллизации чистого металла. Когда металл находится в жидком состоянии, т. е. /= 1 (одна фаза — жидкость), число степеней свободы равно 1(с=Л—/+1 = = 1-1 + 1 = 1). [c.112] Температуру в данном случае можно изменять, не изменяя агрегатного состояния. В момент кристаллизации / = 2 (две фазы— твердая и жидкая), = k—= l—2+1 = 0. Это значит, что две фазы находятся в равновесии при строго определенной температуре (температуре плавления), и она е может быть изменена до тех пор, ПО ка одна из фаз не пропадет, т. е. система не станет моно вариантной (с=1). [c.112] Вернуться к основной статье