Диаграммы состояния систем, образующих

Химические соединения

Компоненты системы могут вступать между собой в химическое взаимодействие с образованием новой кристаллической решетки. Такие компоненты имеют различные типы диаграмм для систем с конгруэнтно (рисунок 3.7) или инконгруэнтно (рисунок 3.8) плавящимися соединениями.

В связи с особыми свойствами устойчивого химического соединения, отличающими его и от компонента А, и от компонента В, на диаграмме появляется ордината, соответствующая его составу AmBn. На этой ординате имеется сингулярная точка С, соответствующая температуре плавления химического соединения. Ордината делит диаграмму состояния на две части, каждая из которых может представлять собой диаграмму любого типа. В данном случае получаются две диаграммы эвтектического типа.

Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru
Рисунок 3.7. Диаграмма фазового равновесия системы с устойчивым (конгруэнтно плавящимся) химическим соединением
Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru
Рисунок 3.8. Определение формул двух химических соединений по диаграмме фазового равновесия Cu-Mg

Кристаллизация сплавов в этих участках диаграммы, например, сплава I будет происходить аналогично кристаллизации сплавов в обычной эвтектической системе. При охлаждении сплава из жидкого состояния ниже линии ликвидус начинают выпадать кристаллы химического соединения состава AmBn. Состав жидкой фазы изменяется при этом по линии СE1, за счет чего происходит увеличение количества выделяющихся кристаллов химического соединения.

При достижении температуры эвтектической линии оставшаяся часть жидкости превращается в эвтектику (А+AmBn)э, представляющая собой смесь кристаллов компонента A и химического соединения AmBn). Окончательно структуру этого сплава можно представить в виде кристаллов химического соединения и эвтектики (см. рисунок 3.7).

Если на диаграмме состояния с наличием химического соединения концентрацию элементов отложить в атомных процентах, то по диаграмме состояния (рисунок 3.8) можно определить химическую формулу соединения.

Пересчет массовых % в атомные производится по формуле:

Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru атомн. Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru

Обратный пересчет атомных % в массовые производится по формуле:

Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru масс.,

где; A1; B1 – атомные веса компонентов A и B; a, b атомные % компонента A и B; a, b – массовые % компонента A и B.

Например, в системе Cu-Mg при 16% и 44% (масс.) Mg пересчет в атомные (33,3% и 66,7%, соответственно) показывает, что для 33,3% (ат) на 1 грамм-атом Mg приходится 2 грамм-атома Cu, следовательно, его формула Cu2Mg, а для 66,7% (ат) Mg, на 1 грамм-атом меди приходится 2 грамм-атома Mg. Следовательно формула химического соединения Cu Mg2.

Диаграмма состояния системы с неустойчивым химическим соединением (перитектическое превращение)

Если химическое соединение оказывается неустойчивым при повышении температуры выше определенного уровня, оно распадается с образованием двух фаз: жидкого раствора состава точки D и кристаллов компонента B. В этом случае диаграмма будет представлена в следующем виде (рисунок 3.9).

Процесс превращения в сплаве I будет протекать в следующем порядке. В точке, соответствующей пересечению фигуративной линии сплава с линией ликвидус 1 начинается выделение кристаллов компонента B. Состав жидкой фазы изменяется по линии tВD. В точке А количество жидкости равно Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru %, Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru а твердые фазы Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru %. При температуре т. 2 образуется Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru кристаллов B и Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru жидкого состава т. D.

Ниже этой температуры становится устойчивым химическое соединение, в связи с чем, образовавшиеся кристаллы компонента B взаимодействуют по перитектической реакции с жидкостью состава точки D, образуя это соединение AmBn.

Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru
Рисунок 3.9. Формирование структуры сплавов в системе перитектического типа с инконгруэнтно плавящимся химическим соединением

При этом С = 2 – 3 + 1 = 0, т.е. это превращение протекает при постоянной температуре. Такое превращение при котором взаимодействие жидкой фазы и кристаллов при постоянной температуре приводит к образованию химического соединения, называется перитектическим. Для образования химического соединения состава точки М требуется количественное соотношение твердой и жидкой фаз равное Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru , а в сплаве I имеется Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru , т.е. присутствует избыток кристаллов В. Неиспользованные в процессе перитектического превращения кристаллы сохраняются в структуре сплава при охлаждении ниже линии перитектики. Окончательная структура сплава (см. рисунок 3.9) представляет собой так называемую "структуру окружения", в которой первичные кристаллы В окружены со всех сторон перитектическими кристаллами химического соединения.

В сплаве 2 при достижении точки 1 начинается процесс кристаллизации с выделения тех же кристаллов компонента В.

Понижение температуры приводит к увеличению количества кристаллов В и изменению концентрации жидкой фазы по линии ТВD. При температуре т.3 в сплаве наблюдается Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru твердых кристаллов компонента В и Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru жидкой фазы, т.е. имеется большой избыток жидкой фазы. Часть ее, взаимодействующей с кристаллами В образует химическое соединение AmBn состава М. Избыток жидкой фазы сохраняется ниже линии перитектики. При этом количество химического соединения определяется отношением Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru , т.е. оно увеличивается с понижением температуры, при этом состав жидкой фазы изменяется по линии DЕ достигая концентрации точки В при температуре точки 4. Количество ее при температуре точки 4 Диаграммы состояния систем, образующих - student2.ru . Это количество жидкости при этой температуре т. 4 претерпевает эвтектическое превращение, с образованием эвтектической физико-химической смеси (А + AmBn)э.

Наши рекомендации