Правило фаз.

Діаграми фазової рівноваги характеризують остаточний або граничний стан сплавів, тобто отриманий після того, як всі перетворення в них відбулися й повністю закінчилися, цей стан сплаву залежить від зовнішніх умов (темпера- тури, тиску) і характеризується числом і концентрацією фаз, що утворилися. Закономірність зміни числа фаз у гетерогенній системі визначається правилом фаз. Правило фаз установлює залежність між числом ступенів волі, числом компонентів і числом фаз, і виражається рівнянням

С=К+2-Ф

де С- число ступенів волі системи;

К- число компонентів, що відображають систему, тобто мінімальне число хімічних елементів, необхідних для утворення будь-якої фази системи;

2- число зовнішніх факторів;

Ф- число фаз, що перебувають у рівновазі.

Під числом ступенів волі розуміють можливість зміни температури, тиску й концентрації без зміни числа фаз, що перебувають у рівновазі.

При вивченні фізико-хімічних рівноваг на зовнішні фактори, що вплива- ють на стан сплавів, приймають до уваги температуру й тиск.

Застосовуючи правило фаз щодо металів, можна в багатьох випадках прийняти тільки один зовнішній фактор, що змінюється, - температуру, тому що тиск, за винятком дуже високого, мало впливає на фазову рівновагу сплавів у твердому й рідкому стані. Тоді рівняння прийме наступний вид:

С=К+1-Ф

Тому що число ступенів волі не може бути менше нуля й не може бути дробовим числом, тоді К-0+1> 0, а Ф≤ К+1, тобто число фаз у сплаві, що перебуває в рівноважному стані, не може бути більше, ніж число компонентів плюс одиниця. Отже в подвійній системі в рівновазі може перебувати не більше трьох фаз, у потрійний - не більше чотирьох і т.д.

Ф≤ К+1

2. Діаграма стану сплавів, що відображає обмежені тверді розчини. Обмежена розчинність найчастіше зустрічається в металевих сплавах.

Як видно з малюнка при температурі t₁ енергія Гіббса рідкої фази нижче, ніж енергія Гіббса λ і β - фаз, тому вище лінії ліквідусу асв стійка лише рідка фаза. Лінія adceδ - лінія солідус. При температурах нижче лінії солідус сплави мають меншу енергію Гіббса в кристалічному стані; в інтервалі концентрацій of стійкий розчин λ (твердий розчин компонента В в А), в інтервалі концентрацій fk суміш двох фаз λ и β - розчинів і в інтервалі концентрацій К100 одна фаза - β -розчин (твердий розчин компонента А в В).

Метод лініями ліквідус і солідус у рівновазі перебувають дві фази:: λ або β -тверді розчини й рідка фаза Ж. При температурах і відповідних лініях ае, з рідкого сплаву виділяються кристали другого твердого розчину; а лінії св - кристали β - твердого розчину.Лінії ас і св не тільки відповідають температурам початку кристалізації сплавів різного складу, але й показують ступінь насичення рідкої фази компо- нентами А и В, тобто є лініями розчинності, точка d характеризує граничну розчинність компонента В у А, точка е – компонента А в В при температурі t_ев, а точки f і k характеризують граничну розчинність відповідності компонентів В в А й А в В при нормальній температурі.

Таким чином, лінії df характеризують зміни розчинності компонента В у А, а лінії ек – зміна розчинності компонента А в В зі зміною температури; ці лінії початку кипіння граничної розчинності. Сплав, що відповідає точці с (у нашому випадку 55% В), затвердіє при постійній температурі t_ев. При темпе- ратурі трохи нижче t_е сплав стає насиченим.

Лекція №6