Marcin Zając	Materiałoznawstwo	5.11.2001
II PDF. Gr 12.12	Budowa stopów dwuskładnikowych

Składnik- składnikami układu są różne substancje 0-150·chemiczne, z których jest zbudowany układ.Natomiast przez sam składnik należy rozumieć te z nich, których znajomość (znajomość rodzaju oraz ilości)wystarcza i jest konieczna do określenia składu chemicznego,a także masy każdej z faz układu. Mogą być zarówno pierwiastki, jak i związki jonowe i fazy międzymetaliczne.

Faza- przez fazę należy rozumieć cześć układu ograniczoną od pozostałych wyraźnymi granicami i spełniającą w całej rozciągłości to samo równanie stanu (jednakowe właściwości w każdym punkcie). Fazami są, więc czyste składniki, roztwory ciekłe i stałe, związki jonowe i fazy między metaliczne, zarówno stanie stałym, ciekłym i gazowym, pod warunkiem ze zmiana stanu skupienia nie powoduje zmiany składu chemicznego. Tak np. w układzie prostym H₂O występować mogą 3 Fazy. Tj. woda, lód, para wodna. Podobnie fazą mogą być wodne roztwory soli. Fazami są także odmiany alotropowe pierwiastków polimorficznych.

Można mieć do czynienia z układem jednoskładnikowym i jednofazowym (czysty metal w stanie stałym), z układem wieloskładnikowym oraz jednofazowym (roztwór dwóch metali) z układem jednoskładnikowym i wielofazowym (metal w stałym kontakcie z tym samym metalem ciekłym) oraz z wieloskładnikowym wielofazowym (stop dwóch metali nierozpuszczalnych nie rozpuszczalnych sobie w stanie stałym.

Reguła faz Gibbsa - podaje liczbową zależność pomiędzy liczbą składników n, liczbą faz współistniejących ze sobą w stanie równowagi f oraz liczbą stopni swobody S. Przebieg krystalizacji stopów zależy od rodzaju składników w nich występujących,i ich stężenia, tworzących się faz a także warunków fizycznych, temperaturowych temperaturowych ciśnienia. Związek miedzy liczbą składników faz oraz liczbę stopni swobody układu określa reguła Gibsza. Układem nazywa się rozpatrywany zbiór faz znajdując się w stanie równowagi. Może on być prosty (Składający się z jednego składnika)lub złożony (zawiera więcej składników).Składnikami układu mogą być wtedy zarówno pierwiastki jak i fazy miedzy metaliczne.

Liczba stopni swobody układu -jest to liczba czynników niezależnych jak temperatura, ciśnienie oraz stężenie składników niewywołujących zmian liczby faz w tym układzie.

Reguła Gibsza wyraża się wzorem:

S= n- c- f+ p

s- liczba stopni swobody

n- liczba składników zależnych

c- liczba reakcji chemicznych odwracalnych

p- liczba czynników fizycznych układu

Przyjmując, że w stopach metali w zasadzie nie zachodzą reakcje chemiczne (c=0) oraz ciśnienie jest stałe (p=1) to reguła faz gibsza przyjmuje postać:

S= n-f+1

Z zależności tej wynika, że powstanie nowej fazy powoduje zmniejszenie liczby stopni swobody o 1.W składzie 2-skaładnikowym składnikowym może przyjąć wartości 1,2lub 0. Przy S=0 układ jest niezmienny tj. bez naruszenia równowagi miedzy fazami układu nie można zmieniać ani temperatury ani stężenia żądnej fazy. Przy S=1 układ jest jednoznaczny bez naruszenia równowagi można zmieniać w pewnych granicach albo temperaturę albo stężenie jednej z faz. Przy S=2 układ jest 2-zmienny, bez naruszenia równowagi można zmieniać w pewnych granicach albo temperaturę i stężenie jednej fazy albo przy stałej temperaturze stężenia układ dwóch faz.

Podwójny układ faz metali tworzy eutektykę. Linie likwidusu wyrażają krzywe t_A-e-t_B, linia solidus prosta przechodząca przez punkt e (najmniejsza temp. krzepnięcia), równoległa do osi składów.

Stop I rozpoczyna krzepniecie przy temp. t_1, w której wykorystalizowyje czysty metal A. wobec tego ciecz ubożeje w te metal i skład zmienia się wraz z obniżaniem temperatury wzdłuż linii likwidus od I do e. Wykrystalizowany w cieczy metal nazywamy metalem pierwotnym. W temp. eutektycznej ciecz ta ma skład odpowiadający punktowi e. w tym momencie zaczyna krystalizować mieszanina obu metali A i B. Mieszanina tworząca się zawsze w tej samej temperaturze eutektycznej t_e nazywa się mieszanina eutektyczną lub eutektyką. Krystalizacja eutektyczna zachodzi wg równania L_e→A+B. Mieszaniny eutektyczne są zwykle bardzo drobnoziarniste. Podczas krystalizacji mieszaniny eutektycznej E(AiB) utrzymuje się stała temperatura t_e( na podstawie reguły faz). Podczas tej krystalizacji występują trzy fazy roztwór ciekły w układzie eutektycznym- L_e, stały metal A₁ i stały metal B (s=n-f+1=2-3+1=0). Układ jak widać nie stopni swobody, dopiero, gdy zniknie faz ciekła, więc zakończy się krzepniecie temp. może w dalszym ciągu obniżać się.

Przebieg krzepniecie stopnia II jest podobny, jednak krzepniecie tutaj rozpoczyna się od utworzenia pierwotnych ziaren metal B i w miarę wykrystalizowania tego, roztwór ciekły ubożeje metal B zmienia swój skład od II do e. W temp. eutektycznej krzepnie ta sama mieszanina o składzie złożonym z dolnych ziaren metalu AiB. Rozpatrując krzywą krzepnięcia stopu o składzie eutektycznym widzimy, że w temp. t_e linia likwidus i solidus łączy się, a więc stop powstaje ciekły, aż od temp t_e, w której krzepnie jako mieszanina eutektyczna A+B. stopy, których skład y leża po lewej stronie od punktu eutektycznego nazywamy stopami podeutektycznymi, te zaś, których składy leżą po prawej stronie od e-nadeutektykami. Wykres równowagi o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym z perytektyką tworzą stopy Ag-Pb, Au-Fe Aule inne, w których składniki wykazują ograniczona rozpuszczalność rozpuszczalność stanie stałym. Cecha charakterystyczną tego układu jest (stop I) jest reakcja cieczy L_c (skład punktu c) z wydzielonymi kryształami roztworu stałegogranicznegoB_α(skład pkt. D)w skutek, czego powstaje nowy roztwór, roztwór α o stężeniu punktu p.- perytektyka. Na podstawie reguł faz Gibsza można ustalić, że przemiana odbywa się w stałej temperaturze (s=0) do momentu wyczerpania się cieczy o tsężeniu punktu C. Dalszy przebieg chłodzenia dla tego stopu, jak również dla pozostałych jest podobny jak dla układu o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym z eutektyka.

Wiele składników wykazuje ograniczona rozpuszczalność w stanie ciekłym zwiększającą się ze wzrostem temperatury tworząc skład o ograniczonej rozpuszczalności w stanie ciekłym z monotektyką. Jeśli jednak przynajmniej jeden ze składników jest polimorficzny (posiada odmiany altropowe0 to oprócz krystalizacji ze stanu ciekłego występują dodatkowe przemiany fazowe w stanie stałym. W wyniku tego mogą powstać układy z przemianami fazowymi roztworów ciekłych w graniczne eutektoidy, perytektoidy czy też fazy międzymetaliczne.

Typu układów dwuskładnikowych.

Roztwory stałe nieograniczone		Mieszaniny składników		Mieszaniny roztworów stałych
					Eutektyczne	Perytektyczne	Eutektyczne
Ag-Au Ac-Pt Cu-Ni Cd-Mg Bis-B Ge-Si Mo-Ti Mo-W Mb-Ti Na-W	AuCu Co-Pr Ca-Fe Cr-Mo Cr-Ti Cu-Mo Ni-Pt	Bi-Cu Sb-Si Si-Sn	Al.-Pt Bi-Cd Sn-ZN	Ag-Pt Au-Cr Pt-W	Ag-Cu Ag-Pb Al-Si Al-In Bi-Bp Cd-Sn Pb-Sb Pb-Sn

1

---