Сложные диаграммы состояния бинарных систем

Мы рассмотрели основные элементы, из которых строятся простые диаграммы фазового равновесия двухкомпонентных. Сложная диаграмма состояния представляет собой комбинацию этих простых элементов, выполненную по определенным правилам и находящуюся в согласие с экспериментальными данными. Предварительно сделаем крат­кий обзор принятых нами элементов диаграммы.

Однофазное равновесие, будучи бивариантным,может быть представлено площадью любой формы, заполняющей фазовое пространство, не занятое двухфазными областями. Для каж­дой фазы, имеющейся в системе, должна быть своя площадь, хотя иногда эта площадь может иметь исчезающе малый размер.

Двухфазное равновесие является моновариантным и должно быть представлено парой сопряженных граничных ли­ний; каждая точка одной границы связана изотермической линией (конодой) с сопряженной точкой на другой границе. Поэтому двухфазная область должна занимать некоторый температурный интервал (за исключением очень редких пре­дельных случаев) и ее границы должны, очевидно, находиться в том же температурном интервале. Границы должны прости­раться также на некоторый интервал составов. Поэтому они никогда не бывают в точности прямыми и вертикальными, хо­тя и могут быть близкими к этому. В самом общем виде двух­фазная область выглядит, как на рисунке 3.1.

При соединении элементов диаграммы в полную диаграм­му равновесия должны соблюдаться следующие правила:

1. Однофазные области могут соприкасаться друг с дру­гом только в одной точке (т. е. в точке конгруэнтного превра­щения) и никогда по граничной линии.

2. Две соседние однофазные области отделены друг от друга двухфазными областями, состоящими из этих двух фаз.

3. От каждой трехфазной изотермы должны исходить три двухфазные области, т. е. от каждой изотермы трехфазной реакции должны исходить шесть граничных линий.

4. Две трехфазные изотермы могут быть соединены двух­фазной областью при условии, что имеются две фазы, явля­ющиеся общими для обоих трехфазных равновесий.

5. Все границы двухфазных областей при своем продол­жении там, где они примыкают к трехфазной изотерме, долж­ны попадать в двухфазные поля и никогда не должны попа­дать в однофазные поля (рисунок 4.3).

а) б)

Рисунок 4.3.Схемы правильного (а) и неправильного (б) сочленения

моновариантных линий – границ двухфазных областей

Применение этих правил при построении комбинированных диаг­рамм иллюстрируется воображаемой фазовой диаграммой на рисунке 4.4, включающей все элементы диаграмм, которые были описаны выше.

При рассмотрении слож­ной диаграммы следует учитывать, что каждая диаграмма для двухкомпонентной системы характеризуется определен­ным комплексом нонвариантных равновесий, расположение которых определяет характер и положение всех моновариантных равновесий. Нонвариантными равновесиями являются точки плавления, кипения и полиморфного превращения компонентов системы (включая аналогичные точки для конгруэнтных промежуточных фаз), а также трехфазные равновесия, представленные линиями изотермических реакций.

Рисунок 4.4. Комбинированная фазовая диаграмма бинарной системы

К это­му могут быть добавлены критические точки, которыми огра­ничиваются двухфазные равновесия. После размещения на диаграмме всех нонвариантных равновесий существует толь­ко один возможный способ размещения двухфазных областей, хотя точные положения границ двухфазных областей должны быть установлены на основании дополнительных эксперимен­тальных данных.

Контрольные вопросы

1. Какие геометрические образы соответствуют областям бивариантного, моновариантного и нонвариантного равновесий в бинарной системе?

2.Какая вариантность и какой характер фазового состава соответствует эвтектическому равновесию?

3. Чем эвтектоидное равновесие отличается от эвтектического?

4. Назовите правила соединения элементов в комбинированную диаграмму.