Двокомпонентні фазні діаграми: Рідкий рубеж, Твердий рубеж та Еутектична реакція

Резервуар, твердий та правило леверя

Кожна фазний діаграма відображає склад (0–100% елемента B) проти температури. Лінія резервуару — це верхня крива — вище її сплав повністю розплавлений. Лінія твердого стану — це нижня крива — нижче її сплав повністю твердий. Між ними знаходиться двофазна область у формі лінзи, де співіснують рідка та тверда фази в рівновазі. Для чистого металу ці дві лінії перетинаються в одній точці плавлення; для сплаву проміжок між ними означає, що затвердіння відбувається в певному діапазоні температур, з першими кристалами, які з'являються, на лінії резервуару, і останньою рідиною, яка зникає, на лінії твердого стану.

Правило леверя (відсоток твердої фази на заданій лінії з’єднання): f_solid = (C₀ − C_L) / (C_S − C_L) C₀ = загальний склад сплаву C_L, C_S = склади рідини та твердого стану на кінцях лінії з’єднання Правило леверя поводиться так само, як і збалансована фізична палиця, і є прямим наслідком закону збереження маси — намалюйте горизонтальну лінію з’єднання через двофазний регіон, і відсоток твердої фази дорівнює довжині протилежного плеча, поділеній на загальну довжину лінії з’єднання.

Lever rule (fraction solid at a given tie line):
f_solid = (C₀ − C_L) / (C_S − C_L)

C₀ = overall alloy composition
C_L, C_S = liquid and solid compositions at the tie-line ends

Еутектична реакція: один рідкий, два твердих

У багатьох системах сплавів спостерігається обмежена розчинність у твердому стані, тому ліктвовий діаграма розділяється на дві гілки, що спускаються від температури плавлення кожного чистого металу та збігаються в мінімальній точці при низькій температурі: еутетичній точці – грецькою мовою означає «легкоплавкий». Там окремий рід одночасно перетворюється на дві різні тверді фази (Рід → α + β) за фіксованої температури та складу. Оскільки три фази співіснують одночасно, рівняння Гіббса F = C − P + 1 дає нульову ступінь свободи для двокомпонентної системи, тому температура та всі її складові речовини унікально визначені – саме тому справжній еутектовий сплав застигає у вигляді тонкої, ламелярної інтерметалічної структури обох фаз, різко і при найнижчій можливій температурі системи.

Цей різкий процес кристалізації є точно тому, чому інженери свідомо обирають еутектові складники: оловяно-свинцеві та олово-срібно-мідні припої плавляться і застигають при одній чистій низькій температурі замість тягучого, липкого стану, а сплави на основі алюмінію та кремнію розташовані близько до еутектоїчної точки для покращення протікання у формуванні, що пояснює їх домінування в двигунних блоках автомобілів. Та сама логіка діаграм фаз, застосована до систем на основі заліза і вуглецю, лежить в основі процесів твердіння та відпуску, які використовуються для регулювання міцності сталі.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.