Классификационные принципы деления диаграмм состояния

Первую, ставшую общепринятой – классификацию двойных диаграмм состояния дал Б. Розебом в 1899г. Он выделил пять основных типов: непрерывный твёрдый раствор, раствор с максимумом, раствор с минимумом, перитектику и эвтектику. Классификация Б. Розебома включает лишь незначительную часть наиболее простых диаграмм, но она сохранила свое значение до настоящего времени и удобна для первоначального изучения [[1-20, 2-32,3-64].

Выделены два основных классификационных принципа деления диаграмм состояния на классы [3 Гуляев Б.Б. ].

• Сложность, выражаемая число их элементов, – чем их больше, тем сложнее диаграмма.

• Структура, определяемая способом сложения элементов. Под сложением понимается абстрактная операция, которую можно выполнять пятью способами (рисунки 2-6).

1 Объединение (рисунок 2- 18) – сложение элементов производится таким образом, что они не имеют общих точек. Сложение возможно только для непрерывных или сопряженных растворов (рисунок 2а 18, а), а также растворов с расслоениями в различных комбинациях (рисунок 2б 18, б).

2 Сопряжение (рисунок 3 -19) – сложение двух смежных растворов с образованием между ними дистектической (рисунок 3б, в- 19, б и в) или катотектической (рисунок 3а-19, а) точки. Сопрягаемые растворы могут быть как непрерывными, так и ограниченными. В одной диаграмме может быть одна или две дистектики, а также дистектика и катотектика.

1. Сочетание (рисунок 4 -20, а) – сложение трех элементов с образованием между ними платформы. Возможны четыре вида сочетаний с образованием эвтектики, монотектики, перитектики и синтектики. Все четыре вида сочетаний могут быть представлены как наложения друг на друга обыкновенного расслоения и двух сопря-женных растворов с катотектикой – эвтектика;

4. Слияние (рисунок 5-20Б5) – сложения двух элементов, принадлежащих двум сочетаниям, расположенным на разных уровнях. Элементы сочетания могут быть усеченными растворами или усеченными расслоениями. Слияния могут быть вертикальными и горизонтальными. Границами слияний могут быть нонвариантные платформы (горизонтальное слияние) или линии образования химических соединений (дальтонидов или бертоллидов) – вертикальное слияние.

Рис. 21. Пересечение полное с одной дистектикой (а), неполное без дистектики (б), полное с двумя дистектиками (в), с тремя дистектиками (г), с четырьмя дистектиками (д).

5. Пересечение (рисунок 6= 21) – сложение растворов с образованием химического соединения. Пересечение образуется путем наложения двух центральных растворов на сопряжение двух обыкновенных растворов или один непрерывный раствор. Пересечение может быть полным, когда из четырех элементов образуется шесть и возникает дистектика, или неполным, когда из трех элементов образуется пять и дистектика не возникает.

Таким образом, два элемента – раствор и расслоение; пять способов их сложения с наличием восьми «замечательных» точек образуют замкнутую систему, позволяющую описать любую диаграмму состояния.

Максимальное количество элементов на одной диаграмме состояния, обнаруженное среди двойных металлических систем, равняется 30. По сложности диаграммы состояния подразделяются на четыре класса:

I- ый класс элементарные – число элементов n = 1÷3;

II- ой класс простые – n = 4÷7;

III-ий класс сложные n = 8÷16;

IV-ый класс очень сложные n = 17÷30.

Самую простую диаграмму, представляющую собой один непрерывный раствор, целесообразно присоединить к объединениям, а сопряжения поставить в начало слияний. Тогда всю совокупность диаграмм состояния можно разделить на четыре группы с несколькими подгруппами в каждой (рисунки 7-10= 22).

I. Группа объединений (рисунок 7) имеет две подгруппы: 1) объединение только растворов; 2) объединение непрерывного или сопряженных растворов с более сложными фигурами, включающими в себя расслоения и сочетания. Подгруппа определяется типом превращения на верхнем ярусе, если оно перекрывает весь интервал концентраций или является преобладающим по концентрационному интервалу превращением (как правило, свыше 50%).

II. Группа сопряжений (рисунок 8) имеет три подгруппы: 1) сопряжение растворов и растворов с сочетаниями; 2) сопряжение двух эвтектик, образующих один бертоллид с дистектикой; 3) сопряжение трех эвтектик, образующих два бертоллида с двумя дистектиками. Большее число-бертоллидов в реальных диаграммах состояния не встречается.

III. Группа сочетаний и слияний (рисунок 9). При наличии трех элементов – возникают только сочетания; при числе элементов пять и больше – образуются слияния. Группа имеет пять подгрупп: 1) эвтектика, 2) одна монотектика, 3) две монотектики, 4) перитектика, 5) синтектика. Подгруппа перитектик наиболее многочисленна и более, чем другие подгруппы разнородна. В нее включаются как вертикальные слияния, их немного, так и горизонтальные, которых очень много, и они называются каскадами.

IV. Группа пересечений (рисунок 10). Принадлежность к этой группе определяется наличием полных пересечений, образующих дальтониды с дистектиками. Группа имеет четыре подгруппы по числу дистектик от одной до четырех. Больше четырех дистектик среди металлических систем не обнаружено.

Из рисунков 7-10 следует, что исходной, простейшей и единственной диаграммой, имеющей один элемент, является непрерывный раствор. При наличии двух элементов появляются объединения и сопряжения. При наличии трех элементов появляются сочетания. Для появления слияния требуется не менее пяти элементов. Полные пересечения с образованием дальтонидов и со­пряжения с образованием бертоллидов требуют шести элементов. Основ­ные линии развития диаграмм указаны на рисунках 7-10 стрелками.

Все основные типы диаграмм состояния появляются в первых двух классах сложности. Усложнение диаграмм, наряду с появлением новых основных типов, происходит за счет аллотропических прев-ращений, которые образуют угловые растворы или дополнительные сочетания; неполных пересечений без наруж­ных дистектик; сочетаний, образуемых расслоениями, и сопря­жений, образуемых растворами внутри диаграмм. Класс очень сложных диаграмм состояния на подгруппы не разделяется. На рисунке 10 представлены только типичные диаграммы состояния.

Из справочника по двойным диа­граммам состояния метал­лических систем М. Хансена и К. Андерко (1962 г.) [4-249], дополнений к нему Р. П. Элиота (1970 г.) [5-272] и Ф. Шанка (1973 г.) [6-258], справочника А. Е. Вола [7-34], ежегодников, вы­пускаемых под ред. П. В. Агеева [8-95], и сводных работ [9-96, 110-40, 11-153, 12-156, 13-231] выбрано 720 полных элементов достоверных диаграмм.

Общее число возможных двойных диаграмм, образуемых 104 химическими элементами, составляет 5356. Если отбросить инертные газы, галогены, практически не оказывающие влияния на свойства сплава, лантаниды и актини­ды остается 67 элементов. Из них можно образовать 2210 двойных систем, т.е. выборка из 720 элементов — составит 32% от теоретически возможной совокупности. Число реализуемых типов диаграмм значительно отличает­ся от числа геометрически и термодинамически возможных и не превышает 100. Причина такого расхождения пока не нашла научно-обоснованного объяснения и требует дальнейшей доработки.