Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

Дано Гиббсом, именуемое правилом фаз, которое уста навливает количественную зависимость между степены свободы системы С, количеством фаз Ф и щэмпонентов К

Компонентами К называют вещества, составляющи систему, способные переходить из одной фазы в другук т. е. если мы имеем химически чистый элемент, то о представляет собой однокомпонентную систему. Одно компонентной системой является и химическое соедине ние, не разлагающееся на составные части в интервал температур изучаемой системы.

Фазой Ф называют однородную часть системы одина кового агрегатного состояния и состава, отделенную о других фаз системы поверхностью раздела, переход кото рой резко изменяет химический состав или структуру ве щества. Например, расплавленный металл является одно фазной системой, а механическая смесь - двухфазно! и т. д.

. Под числом степеней свободы системы понимают чис ло факторов (температура, давление, концентрация), ко торые можно изме№ять без изменения числа фаз в систе ме. Математическое выражение правила фаз можно за писать в следующем виде:

С = К -Ф+2,

Т. е. число степеней свободы равновесной системы, на ко торую влияют температура и давление, равно числу не зависимых компонентов системы, минус число фаз, плю( два. Давление при равновесии не оказывает влияния ш процессы превращения в сплавах, поэтому при изученш систем под атмосферным давлением можно пользовать ся правилом фаз в следующем виде:

С-К-Ф + 1.

Рассмотрим применение правила фаз для некоторы систем. Допустим, мы имеем однокомпонентную систем (К=1) в расплавленном состоянии (Ф = 1). Требуете определить число степеней свободы:

С = К-Ф + 1 = 1 -1+1 = 1. [

Таким образом, для металла в жидком состоянии числ1 степеней свободы равно единице, а это означает, чт1

можно изменять только температуру расплава, не изменяя агрегатного состояния системы.

При кристаллизации металла число фаз равно двум (жидкая и твердая), а число степеней свободы будет равно нулю (С = 1-2+1=0). Это значит, что нельзя менять температуру и концентрацию системы без нарушения равновесия и изменения числа фаз до тех пор, пока не пропадет одна из фаз и система не превратится в однофазную.

Диаграммы состояния показывают изменение состояния сплавов от температуры и концентрации при постоянном давлении. Для двухкомпонентной системы по оси абсцисс откладывают концентрацию, равную для обоих

драм,!

Рис. 23. Кривые охлаждения Рис. 24. Диаграмма состояния сис-сплавов темы сплавов А - В

компонентов 100%, а по оси ординат - температуру. Их строят по данным термического анализа, т. е. сначала-строятся кривые охлаждения температура - время, по которым определяют температуры превращений по остановкам и перегибам на этих кривых. Кривые охлаждения строятся для нескольких составов сплава. Зная температуры кристаллизации двух компонентов, остановки температур и перегибы на кривых температура - время, строится диаграмма состояния двухкомпонентного сплава температура - состав. Например, на основании термического анализа получили кривые охлаждения сплавов системы 100% компонента А и 100% компонента В (рис. 23) в координатах температура - время для сплавов /, , На основании полученных данных построим диаграмму состояния сплавов А-В (рис. 24).

2. Диаграмма состояния сплавов

Диаграмма состояния сплавов для случая нерастворимости компонентов в твердом состоянии. Диаграмма состояния сплавов РЬ-Sb (рис. 25) представляет собой систему, в которой компоненты нерастворимы в твердом состоянии, а образуют механическую смесь двух видов • кристаллитов, одновременно кристаллизующихся из жидкости. На оси ординат отложена температура, а на оси абсцисс - концентрация. С левой стороны диаграммы откладывается 100% компонента РЬ, а с правой стороны - 100% компонента Sb. Концентрация сурьмы отсчитывается слева направо, а концентрация свинца - справа налево. Так как сумма концентрации двух компонентов равна 100%, то на ось абсцисс наносят только концентрацию сурьмы, а концентрацию свинца определяют ,по разности. Из рисунка видно, что температура начала затвердевания сплавов различного состава не одинакова, а окончание затвердевания характеризуется определенной температурой 246° С для всей данной системы сплавов и что сплав, содержащий 13% Sb и 87% РЬ, имеет одну критическую точку В, в которой он полностью затвердевает. Линия СВА, соединяющая точки начала затвердевания сплавов, называется линией ликвидуса («ликвид» по-латыни - жидкий), а линия DBE, ниже которой все сплавы находятся в твердом состоянии, называется линией солидуса («солид» по-латыни - твердый).

Рассмотрим ход кристаллизации для сплавов трех концентраций: 5; 13 и 40% Sb. В точке В при содержа- НИИ 13% Sb и 87% РЬ ( = 246°С) происходит одновременно кристаллизация РЬ и Sb с образованием механической смеси этих кристаллов. Сплав указанного состава называется эвтектическим («эвтектика» по-гречески - , легкоплавкая). Сплавы, содержащие менее 13% Sb, называются доэвтектическими, а содержащие более 13%,- заэвтектическими. Сплав, содержащий 5% Sb, до линии

Рис. 25. Диаграмма состояния системы сп.папоп спппца и сурьмы