Орытпалар жағдайының диаграммалары

Қорытпа құраушылары мен олардың концентрациясының температураға байланысты өзгерістерін күй диаграммасы сипаттайды.

Күй диаграммасының ордината осіне қорытпалардың температурасы, абсцисса осіне концентрациясы салынады. Абсцисса осінің әрбір нүктесіне белгілі концентрациялы қорытпа сәйкес келеді, алшеткі нүктелері 100%-тік қорытпа компоненттерінанықтайды. Диаграмманын кез келген нүктесі белгілі бір температурадағы белгілі концентрациялы қорытпа күйін сипаттайды. Абсцисса осіне перпендикуляр түзудің бойында жатқан нүктелер белгіліконцентрациялы қорытпалардың температураға байланысты күйін, ал ордината осіне перпендикуляр сызықтың бойында жатқан нүктелер тұрақты температурадағы әр түрлі концентрациялы қорытпалар күйін сипаттайды. Күй диаграммаларының түрі қорытпа құраушыларыныңөз ара әрекеттесуіне,температурасы мен концентрациясына байланысты әр түрлі болып келеді. Қорытпалар олардың құрамындағы құраушы элементтер санына байланысты екі-үш және онан да көпқұраушыдан тұрады. Қос құраушыдантұратынқорытпалар диаграммасы жазықтықта, ал үш құраушыдан тұратын қорытпалар диаграммасы кеңістікте жатады. Қос құраушыдан тұратын қорытпаның күй диаграммасын сызу үшін, осы құраушылардың концентрациясы әр түрлі болыпкелгенқорытпаларының термиялықанализін, яғнитемпература менуақыт арасындағыбайланысты (суыну графигін) сызады (14-сурет). Суыну графигін сызу үшін балқыған қорытпағатемператураға градуирленген гальванометрмен жалғасқан термопарасалып, қорытпа температурасынынуақытқа байланыстыөзгерісін бақылаймыз. Енді ордината осіне температураны (Т), абсцисса осіне уақытты (τ) салып, сол екі параметр арасындағы байланысты график бойынша кескіндесек, қорытпаның суыну графигін аламыз.

Егер қорытпа таза металл болса, онда суыну графигінде де аb, bс, сd түзу сызықты үш участок болады (14, а -сурет), қоспа болса, онда оны аb, bс, сd түзу қисық сызықты участоктар кескіндейді (14, б -сурет), ал аморфты дене болса, ол дененің бір күйден екінші күйге өту процесі бір қалыпты жүреді (14, в -сурет).

Таза металдың суыну графигінде а аb түзуі бойынша металл температурасы бір қалыпты төмендеп, b нүктесіне келгенде температура ∆τ уақыт өзгермей тұрып қалады. Графиктін bс участогын температура аялдамасы деп, ал b нүктесіне сәйкес температураны заттың кризистік температурасы деп атайды. bс участогында металдың кристалдану процесі басталып, жасырын балқу жылуы бөлінеді. Сондықтан металдың барлық массасы сол участокта сұйық күйден қатты күйге өтіп болғанша температура төмендемейді, металдың сыртқы ортаға берген жылуы жасырын жылумен толығып отырады.

с нүктесінде кристалдану процесі аяқталып, металдық температурасы сd түзуі бойынша бір қалыпты төмендейді.

Қорытпалардың кристалдану процесі таза металдар сияқты тұрақты температурада емес, белгілі температура аралығында жүреді (bс участогы, 14, б -сурет). Графиктегі сd түзуі эвтектиканың кристалдануын сипаттайды. Металдар мен қорытпалардың кристалдану процестері мен аллотропиялық түр өзгерістеріне сәйкес температураларды олардың кризистік нүктелсрі деп атайды. Әр түрлі концентрациялы қорытпалардың суыну графиктеріндегі кристалдану процесінің басталу температурасы мен аяқталу температурасын температура (Т) — концентрация (с) графигіне көшірсек, күй диаграммасын аламыз. Күй диаграммасын металдарды зерттеудің термиялық анализінен басқа олардың микроструктуралық, рентгеноструктуралық және физикалық қасиеттерін зерттеу әдістерімен де салуға болады.

Күй диаграммасының теориялық және практикалық маңызы зор. Өйткені бұл диаграмма бойынша көптеген практикалық мәселелерді тез және тәжірибе жасамай-ақ шешуге болады. Мысалы, кез келген көміртекті темір қоспаларының (болат, шойын) әр түрлі қасиеттерін анықтауға болады.

Фазалар ережесі

Гиббстық фазалар ережесі күй диаграммасының дұрыстығы мен заттардың кристалдану процесін түсіндіреді.

Фазалар ережесін бастаудан бұрын металл тану ғылымында қолданылатын бірнеше терминдерге анықтама берейік. Белгілі бір температура, қысым жағдайында белгілі бір көлемге ие болатын қатты, сұйық газ күйіндегі заттар (фазалар) жиынтығын система деп атайды. Ал система қарапайым және күрделі, біртекті (гамогенді) және әр текті (гетерогенді) болып екіге бөлінеді. Системаны құрайтын элементтер немесе тәуелсіз химиялық қосылыстар құраушылар деп аталады. Әр текті системаның белгілі шекарамен шектелген біртекті бөлігін фаза деп атайды. 273ºК (0ºС) температура кезінде, белгілі бір атмосфералық қысымда беті жабық ыдыстың ішінде мұз кесектері мен су бар делік. Ыдыстың беті жабық болғандықтан су деңгейінің жоғары жағында су буы да болады. Система әр текті (гетерогенді) үш фазалы, күрделі система болсын. Система фазалары: су — сұйық фаза, мұз — қатты фаза және су буы — газ тәрізді фаза. Фазалар ережесі тепе-тендік күйіндегі системаның құраушылары мен фазаларының арасындағы заңдылықтарды анықтайды. Системаның тепе-теңдік шарттары температура, қысым, көлем параметрлерімен анықталады. Әдетте қорытпа қалыпты жағдайда зерттелетіндіктен, қысым атмосфералық қысымға тең болады.

Системаның фаза санын өзгертпей, күйін өзгерте алатын ішкі және сыртқы себептер (температура, концентрация, қысым) санын системаның варианттылығы немесе еркіндік дәрежесінің саны деп атайды.

Фазалар ережесі системаның тепе-теңдік күйінің математикалық өрнегін береді. Ол мынау:

С = К – Ф + 1

мұндағы: С — еркіндік дәрежесінің саны,

К — құраушылар саны,

Ф — фаза саны.

Еркіндік дәрежесі (С) құраушылар саныменфаза санының айырмасына 1-ді қосқанға тең.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: