Организационно-правовые формы автотранспортных предприятий

 

Если взять какой-нибудь сплав, например сплав I, то кривая охлаждения для него будет иметь вид, показанный на рис.5.7. На этой кривой участок 0-1 соответствует охлаждению жидкого сплава, участок 1-2 - выделению кристаллов А, участок 2-2' - совместному выделению кристаллов А и В и участок 2'-3 - охлаждению твердого тела. На рис.5.7. схематически показано строение сплава в разные моменты кристаллизации. Из жидкости (левый рисунок) выделяются кристаллы А, затем оставшаяся жидкость кристаллизуется с одновременным выделением кристаллов А и В. Правый крайний рисунок показывает структуру уже закристаллизовавшегося металла; видны первичные выделения кристаллов А и механическая смесь кристаллов А + В, которые кристаллизовались одновременно. Механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкости, называется эвтектикой Кривая охлаждения сплава эвтектической концентрации показана на рис.5.7.б. На кривой охлаждения отрезок 0-2 соответствует охлаждению жидкого сплава, отрезок 2-2' - кристаллизации эвтектики и 2'-3 - охлаждению закристаллизовавшегося сплава.

 

 

Рис.5.7. Кривые охлаждения сплавов:

а - доэвтектического; б - эвтектического: в - заэвтектического

 

Кривая охлаждения заэвтектического сплава (сплав I можно назвать доэвтектическим, сплав II-эвтектическим и сплав III - заэвтектическим) изображена на рис.5.7.в. На кривой охлаждения отрезок 0-1 соответствует охлаждению жидкости, отрезок 1-2 - выделению кристаллов В, 2-2' - кристаллизации эвтектики и 2'-3 - охлаждению закристаллизовавшегося сплава.

Отдельные моменты охлаждения сплава показаны на схемах структур на том же рисунке. В отличие от кристаллов А, которые на рис.5.7.а изображались белыми, кристаллы В на рис.5.7.в - черные.

 

5.6. Правило отрезков

 

В процессе кристаллизации изменяются и концентрация фаз (поэтому  состав жидкости изменяется), и количество каждой фазы (при кристаллизации количество твердой фазы увеличивается, а жидкой уменьшается). В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. Для этого служит так называемое правило рычага, или правило отрезков.

В точке а, показывающей состояние сплава К при температуре t₁ (рис.5.8.), сплав состоит из кристаллов В и жидкости. Выше точки l сплав находится в однофазном состоянии, и концентрация компонентов в этой фазе (т.е. в жидкости) определялась проекцией точки l. При охлаждении из сплава выделяются кристаллы В и состав жидкости изменяется в сторону увеличения в ней компонента А. При температуре t₁ концентрация компонента В в жидкости определяется проекцией точки b; это максимальное количество компонента В, которое может содержать жидкость при t₁. По достижении эвтектической температуры жидкость принимает эвтектическую концентрацию. Следовательно, при охлаждении сплава К концентрация жидкости меняется по кривой lC. Выделяющиеся кристаллы В имеют постоянный состав - это чистый компонент В, концентрация которого лежит на вертикальной оси ВВ.

 

Рис.5.8. Диаграмма состояния (к применению на ней правила отрезков)

 

Первое положение правила  отрезков формулируется следующим  образом. Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими да иную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают составы фаз.

Второе положение правила  отрезков формулируется так. Для  того чтобы определить количественное соотношение фаз, через заданную точку проводят горизонтальную линию. Отрезки этой линии между заданной точкой и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз.

Правило отрезков в двойных  диаграммах состояния можно применить только в двухфазных областях. В однофазной области имеется лишь одна фаза; любая точка внутри области характеризует ее концентрацию.

 

5.7. Диаграмма состояния для сплавов  с неограниченной растворимостью в твердом состоянии

 

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состояниях и не образуют химических соединений.

Компоненты: А, В.

Фазы: L, a.

Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз - жидкого раствора L и твердого раствора а. Следовательно, трех фаз быть не может, кристаллизация при постоянной температуре не наблюдается и горизонтальной линии на диаграмме нет.

Диаграмма, изображенная на рис.5.9., состоит из трех областей: жидкость, жидкость + твердый раствор и твердый раствор.

Линия АтВ является линией ликвидус, а линия АпВ - линией солидус. Процесс кристаллизации изображается кривой охлаждения сплава (рис.5.9).

 

Рис.5 9. Диаграмма состояния (неограниченная растворимость в  твердом состоянии) и кривая охлаждения

 

Точка 1 соответствует началу кристаллизации, точка 2 - концу. Между точками 1 и 2 (т.е. между линиями ликвидус и солидус) сплав находится в двухфазном состоянии. При двух компонентах и двух фазах система моновариантна (с = k - f + 1 = 2 - 2 + 1 = 1), т.е. если изменяется температура, то изменяется и концентрация компонентов в фазах; каждой температуре соответствуют строго определенные составы фаз. Концентрация и количество фаз у сплава, лежащего между линиями солидус и ликвидус, определяются правилом отрезков. Так, сплав K в точке а состоит из жидкой и твердой фаз. Состав жидкой фазы определится проекцией точки b, лежащей на линии ликвидус, а состав твердой фазы - проекцией точки с, лежащей на линии солидус. Количество жидкой и твердой фаз определяется из следующих соотношений: количество жидкой фазы ас/bс, количество твердой фазы ba/bc.

 

5.8. Диаграмма состояния для сплавов  с ограниченной растворимостью в твердом состоянии

 

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии, ограниченно в твердом и, не образуют химических соединений.

Компоненты: А, В. Фазы: L, а,b.

В сплавах такого рода возможно существование: жидкой фазы, твердого раствора компонента В в А, который мы будем называть а-раствором, и твердого раствора компонента А в В, который обозначим через b. В этих сплавах возможно нонвариантное равновесие при одновременном сосуществовании трех фаз: L, а, b. В зависимости от того, какая реакция протекает в условиях существования трех фаз, могут быть два вида диаграмм: диаграмма с эвтектикой и диаграмма с перитектикой.

Диаграмма с эвтектикой

 

В этой системе не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты. Из жидкости могут выделяться только твердые растворы а или b. Следовательно, около вертикалей А и В (рис.5.10.), соответствующих чистым компонентам, находятся области существования твердых растворов а или b. Предельная растворимость компонента В в А определяется линией DF, а предельная растворимость А в В - линией СО.

 

Рис.5.10. Диаграмма состояния с  эвтектикой

 

Сплавы, находящиеся между  этими двумя линиями, находятся  за пределами растворимости и являются двухфазными, состоящими из а+b. Окончание кристаллизации происходит по эвтектической реакции L= а+b.

Линия АЕВ является на этой диаграмме линией ликвидус, линия ADCB - линией, солидус. Зная правило фаз и правило отрезков, можно проследить за процессом кристаллизации любого сплава.

Кривая охлаждения и  схемы структур этого сплава при  различных температурах показаны на рис.5.11.

 

Рис.5.11. Кривые охлаждения и схемы структур: а - сплава, образующего при кристаллизации твердый раствор с последующим выделением вторичной фазы; б - доэвтектического сплава

 

Кристаллы b, выделившиеся из твердого раствора, называются вторичными кристаллами и часто обозначаются символом b_II в отличие от первичных b-кристаллов (b_I), выделяющихся из жидкости. Процесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы носит название вторичной кристаллизации в отличие от процесса первичной кристаллизации, когда кристаллы (первичные) образуются в жидкой фазе.

Диаграмма с перитектикой

 

При эвтектическом превращении  жидкость кристаллизуется с образованием двух твердых фаз. Возможен и другой тип нонвариантного превращения (трехфазного равновесия), когда жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами и образует новый вид кристаллов L + b > а. Реакция подобного типа называется перитектической.

Диаграмма с перитектическим  превращением показана на рис.5.12. На диаграмме  показаны три однофазные области: жидкость L и ограниченные твердые растворы а и b.

Линия ABC является линией ликвидус, линия APDB - линией солидус.

 

Рис.5.12. Диаграмма состояния  с перитектикой

 

Кристаллизация сплава I. Кристаллизация начинается в точке 1 (рис.5.13), когда из жидкости выпадают кристаллы b-раствора состава точки b. Затем по мере снижения температуры жидкость меняет свою концентрацию по линии ликвидус от точки 1 до точки С, а кристаллы b - по линии солидус от точки b до точки D. По достижении перитектической горизонтали CPD состав жидкости будет отвечать точке С, а состав кристаллов - точке D. Эти обе фазы реагируют и дают третью фазу а, концентрация которой определяется точкой Р - третьей точкой на горизонтали. Перитектическая реакция изображается следующим образом: l_c + b_d = a_P. или в более общем случае L+b>a, так как точки D и Р показывают предельную концентрацию твердых растворов b и а (для простоты линии предельной растворимости даны вертикальными).

На рис.5.13.а показана кривая охлаждения сплава I; отдельные моменты кристаллизации показаны на схемах структур. Для перитектической кристаллизации (средняя схема) характерно то, что новая а-фаза появляется на границе реагирующей друг с другом жидкости и b-кристаллов. Для сплава I перитектической реакцией заканчивается процесс кристаллизации.

Кристаллизация сплава II (рис.5.13.б). Отличие кристаллизации этого сплава от кристаллизации сплава I состоит в том, что при перитектической температуре имеется избыток жидкой фазы по сравнению с тем количеством, которое необходимо для образования а-кристаллов концентрации Р. Поэтому перитектическое превращение заканчивается исчерпанием b-твердого раствора, и оставшаяся жидкость в интервале между точками 2'-3 кристаллизуется в а-фазу. При этом концентрация жидкости изменяется по кривой С-а, а концентрация образующихся а-кристаллов - по Р- 3.

 

Рис.5.13. Кривые охлаждения сплавов после окончания перитектической реакции, в которых в избытке остаются: а - твердый раствор, б - жидкая фаза

 

5.9. Диаграмма состояния для сплавов,  образующих химические соединения

 

Химическое соединение характеризуется определенным соотношением компонентов, а это отражается на диаграмме вертикальной линией, проходящей на оси абсцисс через точку, отвечающую соотношению компонентов в химическом соединении. Если компоненты А и В образуют химическое соединение А_пВ_т, то, следовательно, на n+т его атомов приходится n атомов А и т атомов В. Определенному атомному соотношению соответствует и определенное соотношение по массе.

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть  без разложения до расплавления, и неустойчиво, если при нагреве оно разлагается. В зависимости от этого могут быть два вида диаграмм. Кроме того, возможно образование нескольких химических соединений между двумя компонентами, а также растворимость на базе химического соединения - эти обстоятельства также находят отражение в диаграмме состояния.

Диаграмма с устойчивым химическим соединением

 

Предположим, что оба  компонента образуют одно устойчивое соединение А_пВ_т, причем и это соединение, и чистые компоненты не образуют в твердом состоянии растворов.

Компонентами системы  являются вещества А и В, а твердыми фазами - А, А_пВ_т и В. Из четырех возможных в этой системе фаз могут сосуществовать три L, А, А_пВ_т или L, В, А_пВ_т.

Это химическое соединение устойчиво, поэтому оно может  быть нагрето без разложения до своей температуры плавления (точка С). Химическое соединение плавится при постоянной температуре. Плавление химического соединения при постоянной температуре вполне соответствует правилу фаз. Химическое соединение можно рассматривать как однокомпонентную систему (один компонент - химическое соединение), тогда при плавлении с = k - f + 1 =1-2+1 = 0

На рис.5.14. показана диаграмма  состояния с устойчивым химическим соединением А_пВ_т.

 

Рис.5.14. Диаграмма состояния  с устойчивым химическим соединением

Диаграмма с неустойчивым химическим соединением

 

В отличие от диаграммы  с устойчивым химическим соединением  на рис.5.15. приведена диаграмма состояний, где два компонента образуют неустойчивое химическое соединение, которое при нагреве до определенной температуры t₁ разлагается на жидкость и один из компонентов, т.е. не расплавляется полностью.

На линии DCF находятся в равновесии три фазы: жидкость концентрации D, кристаллы компонента В и кристаллы химического соединения А_пВ_т.

При нагреве неустойчивое химическое соединение А_пВ_т распадается на жидкость концентрации D и кристаллы В. При охлаждении, следовательно, произойдет обратная реакция: L_D + B>A_nB_m.

 

Рис.5.15. Диаграмма состояния с  неустойчивым химическим соединением

 

Реакция эта подобна  перитектической; жидкость реагирует с ранее выпавшими кристаллами, но образует не новый твердый раствор, как в случае перитектической реакции, а химическое соединение.