Орытпадағы негізгі фазалар. Қорытпаның құрылымдық құрамалары. Фазалар ережесі

Металдарда және қорытпаларда, олардың түрленуі кезінде өтетін процестерді үйрену үшін, олардың құрылысын сипаттау үшін, жүйе, фаза, компонент түсініктерін енгізеді.

Жүйе деп белгілі сыртқы жағдайларда (температура мен қысымда) тепе- теңдікте болатын фазалар жиынтығын айтады.

Фаза деп жүйенің басқа бөліктерінен арнайы бет арқылы ажырайтын, жүйенің бір бөлігін айтады. Фаза - химиялық құрамы және кристалдық құрлысы біртекті жүйенің бір бөлігі болып саналады.

Компоненттер деп жүйені құрайтын заттарды айтады. Компоненттер ретінде таза элементтер (металдар және металлоидтар) немесе орнықты химиялық қосылыстар саналады.

Фазалық теп-теңдікті сипаттайтын күй диаграммалары қорытпаның соңғы, яғни барлық өзгерістер аяқталғаннан кейінгі күйін көрсетеді. Қорытпаның мұндай күйі сыртқы жағдайларға (P, T-ға) тәуелді және пайда болған фазалардың санымен, концентрациясымен сипатталады.

Қорытпадағы компоненттер санынk, фазалар санын f – деп белгілейік.

Фазалар ережесін келесі формула арқылы есептейді:

c=k-f+1, (2.1)

мұндағы с - жүйенің еркіндік (варианттық) көрсеткіші, егер c 0, немесе f k+1; яғни екі компонентті жүйеде ( ) тепе-теңдікте үш фазадан ( ) артық фазалар бола алмайды; ал үш компонентті ( ) жүйеде тепе-теңдікте төрт фаза ( ) ғана бола алады.

Ереже фазалар мөлшерін анықтайды. Қорытып айтқанда, тепе-теңдікте болатын фазалар саны әр уақытта компоненттер санынан бірге артық болады. Фазалар ережесінің формуласындағы 1 – саны фазалық тепе-теңдікке әсер ететін сыртқы факторлар санын білдіреді. Металдар үшін сыртқы әсер етуші фактор болып температура саналады, себебі тепе-теңдікке тек қана жоғары қысым әсерін тигізеді. Фазалық өзгерістер атмосфералық қысымда өтетін болғасын, қысымның әсері ескерілмейді. Жүйенің еркіндік (варианттық) көрсеткіші деп оның тепе-теңдіктегі фазалар саны өзгермеген жағдайда температурасын, қысымын және концентрациясын өзгерту мүмкіндігін айтады.

Қос жүйеде, яғни , , ал с=0 – немесе фазалар нонвариантты (варианты жоқ) теп-теңдікте болады. Берілген фазалар санынан тұратын қорытпа белгілі жағдайда ( және барлық фазалардың нақты мөлшері болғанда) ғана өмір сүре алады. Егер с =1- жүйе моновариантты, с=2 – бивариантты деп аталады.

Фазалардың тепе-теңдік күйіне жүйенің еркіндік энергиясының ең аз мәні сәйкес келеді

, (2.2)

мұнда - жүйенің толық энергиясы;

- энтропиясы.

Кесінділер ережесі

Кристалдану кезінде фазалар концентрациясы мен әр фазалар саны (сұйық фаза азаяды, қатты фаза көбейеді) өзгереді. Диаграмманың кез-келген күйінде бір мезгілде екі фаза болған нүктесінде, оның концентрациясы мен екі фазаның санын анықтауға болады. Ол үшін рычак ережесі немесе кесінділер ережесі қолданылады. Қорытпаны сандық құрылымдық-фазалық талдау үшін берілген нүктеден диаграмманың ең жақын қисығына (ликвидус, солидус немесе компоненттер өсі) дейін горизонталь (конода)жүргізеді (2.6 суретті қара).

2.6 сурет - Қос қорытпаның күй диаграммасына кесінділер ережесін қолдану

а) m нүктесіндегі фазалардың құрамын анықтау:

Ол үшін m нүктесі арқылы диаграмманың ең жақын қисығына (ликвидус, солидус) дейін горизонталь жүргіземіз. Сұйық фазаның құрамы p ликвидус сызығынан концентрация өсіне дейін жүргізілген горизонталь сызықты қиылыстыратын нүктенің проекциясы бойынша анықталады.

Қатты фазаның құрамы q солидус сызығынан концентрация өсіне дейін жүргізілген горизонталь сызықты қиылыстыратын нүктенің проекциясы бойынша анықталады.

Сұйық фазаның құрамы ликвидус сызығы бойынша өзгереді, ал қатты фазаның құрамы p ликвидус сызығынан концентрация өсіне дейін жүргізілген горизонталь сызықты қиылыстыратын нүктенің проекциясы бойынша анықталады.

Фазаның құрамы температураның төмендеуі бойынша В компонентінің құрамының аз мәніне қарай өзгереді.

б) Берілген температурада (m нүктесінде) қатты және сұйық фазалардың сандық қатынасын анықтау:

Фазалардың сандық мөлшері жүргізілген канодқа кері пропорционалды. m нүктесі арқылы жүргізілгенконод пен оның кескінін қарастырайық.

Қорытпаның бар мөлшері (Q_сп) pq кескіні бойынша анықталады.

Ликвидус сызығымен жанасатын pm кескіні қатты фазаның мөлшерін білдіреді

Солидус сызығымен жанасатын mq кескіні сұйық фазаның мөлшерін білдіреді