), yang memiliki komposisi, struktur, status agregasi tunggal yang sama dan dipisahkan dari sistem lainnya oleh sebuah antarmuka.

Misalnya, logam cair adalah sistem fase tunggal, dan campuran dua jenis logam yang berbeda dalam komposisi dan struktur, dipisahkan oleh antarmuka, atau kehadiran simultan paduan dalam keadaan cair dan kristal membentuk dua fase. sistem.

Fase berikut dapat terbentuk dalam paduan:

Sebuah representasi grafis dari garis koeksistensi fase tergantung pada parameter termodinamika disebut "Diagram Fase".

1. Larutan cair

Larutan cair adalah campuran yang benar-benar homogen dari dua (atau beberapa) zat, di mana molekul dari satu zat didistribusikan secara merata di antara molekul zat lain.

2. Solusi padat

solusi padat disebut fase di mana salah satu komponen paduan mempertahankan kisi kristalnya, dan atom-atom komponen lainnya ditempatkan di kisi kristal komponen pertama (pelarut), mengubah ukurannya.

4. Perantara

Sejumlah besar senyawa yang terbentuk dalam paduan logam tidak mematuhi hukum valensi dan tidak memiliki rasio komponen yang stabil. Senyawa antara yang paling penting yang terbentuk dalam paduan adalah sebagai berikut:

• fase rooting;
• koneksi elektronik;
• struktur yang heterogen.

4.1. Fase rooting

Solusi rooting padat yang disebutkan di atas terbentuk pada konsentrasi yang jauh lebih rendah dari komponen kedua (C, N, H) dan memiliki kisi logam pelarut, sedangkan fase rooting memiliki kisi yang berbeda. Struktur kristal fase rooting ditentukan oleh rasio jari-jari atom non-logam (Rx) dan logam (Rm). Jika sebuah R x / R m maka atom-atom logam dalam fase-fase ini disusun menurut jenis salah satu kisi kristal sederhana (kubik atau heksagonal), di mana atom-atom non-logam dimasukkan, menempati tempat-tempat tertentu di dalamnya. Jika kondisi R x / R m tidak terpenuhi, seperti yang diamati untuk besi, mangan, kromium karbida, kemudian kisi kompleks terbentuk dan senyawa tersebut tidak lagi termasuk dalam fase rooting.

4.2. Koneksi elektronik

Koneksi elektronik terbentuk antara unsur-unsur monovalen (Cu, Ag, Au, Li, Na) atau logam transisi (Fe, Mn, Co dan sebagainya.). Dan logam sederhana dengan valensi 2 hingga 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al dan sebagainya..).

Senyawa elektronik memiliki kisi kristal yang berbeda dari kisi kristal komponennya dan membentuk paduan dalam berbagai konsentrasi.

Senyawa tersebut memiliki konsentrasi elektron tertentu (perbandingan tertentu dari jumlah elektron valensi dengan jumlah atom):

• untuk senyawa dengan konsentrasi elektron 3/2 (1,5), kisi kristal berpusat pada volume adalah karakteristik dan disebut senyawa (CuBe, Cu 3 Al, FeAl dan sebagainya..)
• senyawa dengan rasio 21/13 (1,62) dicirikan oleh kisi kubik kompleks dan ditetapkan sebagai senyawa (Cu 5 Zn 8, Fe 5 Zn 21 dan sebagainya.).
• senyawa dengan konsentrasi elektron 7/4 (1,75) dicirikan oleh kisi heksagonal yang rapat dan ditetapkan sebagai fase-ε (Cu 3 Si, Cu 3 Sn dan sebagainya.)..

4.3. struktur heterogen

Selama kristalisasi banyak paduan (termasuk dan Fe-C) struktur terbentuk, terdiri dari beberapa fase, membentuk struktur heterogen ini, yang ditunjukkan oleh mikroanalisis.

Lihat juga

Sumber

• Lakhtin Yu.M. Dasar-dasar Metalurgi Moskow: Metalurgi, 1988. 320 hal. ISBN 5-229-00085-6
• Sych A.M., Nagorny P.G. Dasar-dasar Ilmu Material: Buku Teks. - M. Penerbitan dan pusat pencetakan "Universitas Kyiv", 2003.
• Barat A Kimia zat padat. - M.: Mir, 1988. - Bab 1.2

Diagram keadaan adalah representasi grafis dari keadaan paduan apa pun dari sistem yang dipelajari, tergantung pada konsentrasi dan suhunya.

Studi tentang paduan apa pun dimulai dengan konstruksi dan analisis diagram keadaan sistem yang sesuai. Diagram keadaan memungkinkan untuk mempelajari fase dan komponen struktural paduan. Dengan menggunakan diagram keadaan, dimungkinkan untuk menetapkan kemungkinan perlakuan panas dan modenya, suhu pengecoran, deformasi plastik panas.

Dalam sistem apapun, jumlah fase yang berada dalam kesetimbangan tergantung pada kondisi internal dan eksternal. Hukum semua perubahan yang terjadi dalam sistem tunduk pada hukum umum kesetimbangan, yang disebut aturan fase atau hukum Gibbs. Aturan fase menyatakan hubungan antara jumlah derajat kebebasan C (varians) sistem, jumlah komponen K dan jumlah fase sistem yang berada dalam kesetimbangan.

Derajat kebebasan disebut parameter termodinamika independen, yang dapat diberikan nilai arbitrer (dalam interval tertentu) sehingga keadaan fase tidak berubah (fase lama tidak hilang dan yang baru tidak muncul).

Biasanya, semua transformasi dalam logam dan paduan terjadi pada tekanan atmosfer yang konstan. Kemudian aturan fase ditulis sebagai berikut: C \u003d K - F + 1.

Persamaan aturan fase memungkinkan Anda untuk mengoreksi kebenaran pembuatan diagram keadaan.

Fasa adalah bagian homogen dari sistem, yang dipisahkan dari bagian lain dari sistem (fase) oleh antarmuka, ketika melewati komposisi kimia atau struktur zat berubah secara tiba-tiba.

Cairan homogen adalah sistem fase tunggal, dan campuran mekanis dua kristal adalah sistem dua fase, karena setiap kristal berbeda dari yang lain dalam komposisi atau struktur, dan mereka dipisahkan satu sama lain oleh antarmuka.

Komponen adalah zat yang membentuk sistem.

Konstruksi diagram keadaan dilakukan dengan berbagai metode eksperimental. Analisis termal sering digunakan. Beberapa paduan dari sistem ini dipilih dengan rasio massa yang berbeda dari komponennya. Paduan ditempatkan dalam cawan lebur tahan api dan dipanaskan dalam tungku. Setelah paduan meleleh, cawan lebur dengan paduan didinginkan secara perlahan dan laju pendinginan ditetapkan. Berdasarkan data yang diperoleh, kurva termal dibangun dalam koordinat waktu-suhu. Sebagai hasil pengukuran, diperoleh serangkaian kurva pendinginan, di mana pada suhu transformasi fasa, titik belok 20b dan suhu berhenti diamati. Suhu yang sesuai dengan transformasi non-fase disebut titik kritis. Titik-titik yang bersesuaian dengan awal kristalisasi disebut titik likuidus, dan titik-titik yang bersesuaian dengan akhir kristalisasi disebut titik solidus. Berdasarkan kurva pendinginan yang diperoleh untuk berbagai paduan dari sistem yang diteliti, diagram fase dibangun dalam koordinat; sepanjang sumbu absis, konsentrasi komponen; sepanjang sumbu ordinat, suhu.

Dalam proses kristalisasi, baik konsentrasi fasa maupun jumlah tiap fasa berubah. Pada setiap titik dalam diagram, ketika dua fase secara bersamaan ada dalam paduan, jumlah kedua fase dan konsentrasinya dapat ditentukan. Untuk ini, aturan leverage atau aturan segmen digunakan.

Aturan segmen. Diagram ini mencakup paduan yang komponennya membentuk campuran butiran praktis murni dengan kelarutan timbal balik yang dapat diabaikan. Absis menunjukkan persentase komponen B dalam paduan.

Struktur fasa paduan dalam diagram tergantung pada suhu. Dengan aksi termodinamika komponen satu sama lain, suhu transisinya ke keadaan cair berkurang, mencapai minimum tertentu pada komposisi yang ditentukan untuk setiap pasangan komponen. Komposisi paduan dapat ditentukan dengan memproyeksikan titik C ke sumbu x (titik B uh). Paduan dua komponen yang meleleh pada suhu minimum disebut eutektik atau eutektik.

Eutektik adalah campuran seragam dari butiran kecil yang mengkristal secara bersamaan dari kedua komponen. Suhu di mana kedua komponen meleleh atau mengkristal secara bersamaan disebut suhu eutektik.

Perubahan kuantitatif dalam paduan dari sistem komponen tertentu selama kristalisasi mematuhi aturan segmen.

Untuk menentukan konsentrasi komponen dalam fase, garis horizontal ditarik melalui titik tertentu yang mencirikan keadaan paduan sampai berpotongan dengan garis yang membatasi area ini; proyeksi titik perpotongan ke sumbu konsentrasi menunjukkan komposisi fase.

Dengan menggambar garis horizontal melalui titik tertentu, Anda dapat menentukan rasio kuantitatif fase. Segmen garis ini antara titik yang diberikan dan titik-titik yang menentukan komposisi fase berbanding terbalik dengan jumlah fase ini.

Aturan segmen dalam diagram keadaan ganda hanya digunakan di area dua fase. Di wilayah fase tunggal, hanya ada satu fase; setiap titik di dalam wilayah mencirikan konsentrasinya.

| |

→ 20. Jenis fasa dalam paduan logam. Aturan fase; aturan tuas

Diagram keadaan adalah representasi grafis dari keadaan paduan apa pun dari sistem yang dipelajari, tergantung pada konsentrasi dan suhunya.

Studi tentang paduan apa pun dimulai dengan konstruksi dan analisis diagram keadaan sistem yang sesuai. Diagram keadaan memungkinkan untuk mempelajari fase dan komponen struktural paduan. Dengan menggunakan diagram keadaan, dimungkinkan untuk menetapkan kemungkinan perlakuan panas dan modenya, suhu pengecoran, deformasi plastik panas.

Dalam sistem apapun, jumlah fase yang berada dalam kesetimbangan tergantung pada kondisi internal dan eksternal. Hukum semua perubahan yang terjadi dalam sistem tunduk pada hukum umum kesetimbangan, yang disebut aturan fase atau hukum Gibbs. Aturan fase menyatakan hubungan antara jumlah derajat kebebasan C (varians) sistem, jumlah komponen K dan jumlah fase sistem yang berada dalam kesetimbangan.

Derajat kebebasan disebut parameter termodinamika independen, yang dapat diberikan nilai arbitrer (dalam interval tertentu) sehingga keadaan fase tidak berubah (fase lama tidak hilang dan yang baru tidak muncul).

Biasanya, semua transformasi dalam logam dan paduan terjadi pada tekanan atmosfer yang konstan. Kemudian aturan fase ditulis sebagai berikut: C \u003d K - F + 1.

Persamaan aturan fase memungkinkan Anda untuk mengoreksi kebenaran pembuatan diagram keadaan.

Fasa adalah bagian homogen dari sistem, yang dipisahkan dari bagian lain dari sistem (fase) oleh antarmuka, ketika melewati komposisi kimia atau struktur zat berubah secara tiba-tiba.

Cairan homogen adalah sistem fase tunggal, dan campuran mekanis dua kristal adalah sistem dua fase, karena setiap kristal berbeda dari yang lain dalam komposisi atau struktur, dan mereka dipisahkan satu sama lain oleh antarmuka.

Komponen adalah zat yang membentuk sistem.

Konstruksi diagram keadaan dilakukan dengan berbagai metode eksperimental. Analisis termal sering digunakan. Beberapa paduan dari sistem ini dipilih dengan rasio massa yang berbeda dari komponennya. Paduan ditempatkan dalam cawan lebur tahan api dan dipanaskan dalam tungku. Setelah paduan meleleh, cawan lebur dengan paduan didinginkan secara perlahan dan laju pendinginan ditetapkan. Berdasarkan data yang diperoleh, kurva termal dibangun dalam koordinat waktu-suhu. Sebagai hasil pengukuran, diperoleh serangkaian kurva pendinginan, di mana pada suhu transformasi fasa, titik belok 20b dan suhu berhenti diamati. Suhu yang sesuai dengan transformasi non-fase disebut titik kritis. Titik-titik yang bersesuaian dengan awal kristalisasi disebut titik likuidus, dan titik-titik yang bersesuaian dengan akhir kristalisasi disebut titik solidus. Berdasarkan kurva pendinginan yang diperoleh untuk berbagai paduan dari sistem yang diteliti, diagram fase dibangun dalam koordinat; sepanjang sumbu absis, konsentrasi komponen; sepanjang sumbu ordinat, suhu.

Dalam proses kristalisasi, baik konsentrasi fasa maupun jumlah tiap fasa berubah. Pada setiap titik dalam diagram, ketika dua fase secara bersamaan ada dalam paduan, jumlah kedua fase dan konsentrasinya dapat ditentukan. Untuk ini, aturan leverage atau aturan segmen digunakan.

Aturan segmen. Diagram ini mencakup paduan yang komponennya membentuk campuran butiran praktis murni dengan kelarutan timbal balik yang dapat diabaikan. Absis menunjukkan persentase komponen B dalam paduan.

Struktur fasa paduan dalam diagram tergantung pada suhu. Dengan aksi termodinamika komponen satu sama lain, suhu transisinya ke keadaan cair berkurang, mencapai minimum tertentu pada komposisi yang ditentukan untuk setiap pasangan komponen. Komposisi paduan dapat ditentukan dengan memproyeksikan titik C ke sumbu x (titik B e). Paduan dua komponen yang meleleh pada suhu minimum disebut eutektik atau eutektik.

Eutektik adalah campuran seragam dari butiran kecil yang mengkristal secara bersamaan dari kedua komponen. Suhu di mana kedua komponen meleleh atau mengkristal secara bersamaan disebut suhu eutektik.

halaman bagian: 1

Pada setiap titik dalam diagram kesetimbangan, ketika dua fase secara bersamaan ada dalam paduan, konsentrasi dan jumlah kedua fase dapat ditentukan. Ini adalah aturan segmen atau aturan tuas.

Posisi pertama aturan segmen: untuk menentukan konsentrasi komponen dalam fase, garis horizontal ditarik melalui titik tertentu yang mencirikan keadaan paduan sampai berpotongan dengan garis yang membatasi area ini; proyeksi titik perpotongan ke sumbu konsentrasi menunjukkan komposisi fase.

Misalnya, pertimbangkan paduan X pada suhu t 1 dalam diagram jenis pertama (Gbr. 2.6).

Gambar 2.6 Diagram keadaan Tipe I

(dengan aturan segmen diterapkan padanya)

Oleh karena itu, untuk paduan X pada suhu t 1, komposisi fasa ditentukan oleh proyeksi titik-titik yang sesuai. Komposisi fase cair akan sesuai dengan titik B, dan fase padat - ke titik C 1.

Posisi kedua dari aturan segmen: untuk menentukan rasio kuantitatif fase pada suhu tertentu, garis horizontal ditarik melalui titik tertentu. Segmen garis ini antara titik yang diberikan dan titik-titik yang menentukan komposisi fase berbanding terbalik dengan jumlah fase ini.

Untuk paduan X pada suhu t 1 rasio ini akan menjadi

atau
,

di mana Q L adalah jumlah fase cair; Q B adalah jumlah kristal komponen B; Q adalah jumlah total paduan.

Dari sini, persentase fase cair akan menjadi

itu. pada temperatur t 1 paduan X akan terdiri dari 66,7% kristal komponen B dan 33,3% larutan cair komponen A dan B.

Dengan menggunakan aturan segmen, dengan cara yang sama, Anda dapat menentukan volume eutektik dan volume kristal B setelah pemadatan.

Untuk Paduan X

Aturan potong berlaku untuk semua daerah dua fase dari diagram keadaan apa pun.

STUDI DIAGRAM KOMPLEKS KEADAAN SISTEM BINER

Kebanyakan paduan biner memiliki diagram keadaan yang lebih kompleks (gabungan). Mengetahui jenis utama diagram keadaan, setiap diagram kompleks dapat secara mental dibagi menjadi bagian-bagian penyusun yang sesuai dengan jenis utama, dan, tergantung pada komposisi paduan, pertimbangkan bagian diagram yang sesuai.

Sebagai contoh, mari kita menganalisis diagram keadaan paduan aluminium-kalsium. pada gambar. Diagram fase keadaan dan kurva pendinginan paduan dengan kalsium 25% disajikan, pada gambar. - diagram struktural keadaan paduan aluminium-kalsium.

Gambar 2.7 Diagram fasa keadaan sistem Al-Ca dan

kurva pendinginan

Dalam pemeriksaan umum diagram, perlu untuk menyoroti bagian-bagiannya yang sesuai dengan diagram keadaan tipikal; area keberadaan fase cair, fase padat dan cair, area larutan padat; menemukan titik dan garis eutektik, eutektoid, dan peritektik; garis liquidus dan solidus, cari tahu fase apa yang ada dalam sistem tertentu. Fasa dapat berupa: larutan padat, senyawa kimia, komponen murni dan cair. Sebagai contoh, daerah fase cair terletak di atas garis ABCDEF, dan daerah keberadaan fase cair dan padat secara simultan terletak di antara garis ABCDEF dan solidus AKBLGHMEN.

Gambar 2.8 Diagram struktur keadaan sistem Al-Ca

Dalam sistem yang dipertimbangkan, ada satu solusi padat yang sesuai dengan wilayah AKS. Ini adalah larutan padat kalsium dalam aluminium. Titik K adalah titik kelarutan maksimum, KS adalah garis batas kelarutan kalsium dalam aluminium. Aluminium tidak larut dalam kalsium.

Jadi, fase dalam sistem ini adalah: cair, -larutan padat, senyawa kimia Al 3 Ca, Al 2 Ca, Ca kristal.

Diagram aluminium-kalsium dicirikan sebagai berikut:

1. Garis KBL - garis transformasi eutektik, kemudian B - titik eutektik. Eutektik adalah campuran mekanis kristal dari larutan -padat dan senyawa kimia Al 3 Ca. Transformasi eutektik berlangsung sesuai dengan persamaan

W dalam hingga + Al 3 Ca

Sesuai dengan aturan fase, transformasi eutektik berlangsung pada suhu konstan, karena paduan berada dalam keadaan setimbang tiga fase. Dalam kondisi ini, jumlah derajat kebebasan akan menjadi nol: C = K - + 1 = 2 – 3 + 1 = 0, di mana K adalah jumlah komponen (Al dan Ca), dan - jumlah fase (l, , Al 3 Ca).

Paduan, dalam struktur yang memiliki eutektik, dibagi menjadi hipoeutektik, eutektik, dan hipereutektik.

Untuk paduan yang terletak di bawah garis KV, strukturnya akan terdiri dari larutan -padat dan eutektik, untuk paduan di bawah garis BL, dari senyawa kimia Al 3 Ca dan eutektik; paduan eutektik di t. B terdiri dari satu eutektik.

2. Garis CGH – garis pembentukan senyawa kimia yang tidak stabil Al 3 Ca. Titik G adalah titik peritektik. Reaksi transformasi peritektik:

W s +Al 2 CaAl 3 Ca.

Transformasi peritektik terdiri dari pembentukan kristal Al 3 Ca selama interaksi fase cair dan padat dari komposisi kimia tertentu. Untuk paduan di titik G, sebagai hasil dari penyelesaian transformasi peritektik, seluruh paduan akan terdiri dari senyawa kimia Al 3 Ca. Untuk paduan yang terletak di sebelah kiri titik G (titik G ke titik C), fase cair akan tetap berlebih; untuk paduan yang terletak di sebelah kanan titik G (dari titik G ke titik H), senyawa Al 2 Ca akan tetap berlebih. Sesuai dengan aturan fase, transformasi peritektik juga berlangsung pada suhu konstan.

3. Garis MEN - garis transformasi eutektik kedua:

F E Al 2 Ca+Ca

Eutektik akan terdiri dari kristal halus Ca dan bahan kimia. senyawa Al2Ca. Paduan di bawah garis ME bersifat hipoeutektik, strukturnya terdiri dari eutektik dan Al 2 Ca; paduan di bawah garis EN adalah hipereutektik, strukturnya terdiri dari Ca dan eutektik.

Dalam proses kristalisasi, baik konsentrasi fase 1 (oleh karena itu, komposisi cairan berubah) dan jumlah setiap fase (selama kristalisasi, jumlah fase padat meningkat, dan fase cair berkurang). Pada setiap titik dalam diagram, ketika dua fase secara bersamaan ada dalam paduan, jumlah kedua fase dan konsentrasinya dapat ditentukan. Untuk ini, yang disebut aturan tuas, atau aturan segmen, digunakan.

Pada titik a, menunjukkan keadaan paduan K pada suhu (Gbr. 95), paduan terdiri dari kristal B dan cairan. Di atas titik, paduan berada dalam keadaan fase tunggal, dan konsentrasi komponen dalam fase ini (yaitu, dalam cairan) ditentukan oleh proyeksi titik Ketika didinginkan, kristal B mengendap dari paduan dan komposisi perubahan cairan ke arah peningkatan komponen A di dalamnya.Pada suhu, konsentrasi komponen B dalam cairan ditentukan oleh proyeksi titik ini adalah jumlah maksimum komponen B yang dapat dikandung cairan ketika mencapai suhu eutektik , cairan mengambil konsentrasi eutektik. Oleh karena itu, ketika paduan K didinginkan, konsentrasi cairan berubah sepanjang kurva.Kristal yang diendapkan B memiliki komposisi konstan - ini adalah komponen murni B, yang konsentrasinya terletak pada sumbu vertikal

Ketentuan pertama dari aturan segmen dirumuskan sebagai berikut. Untuk menentukan konsentrasi komponen dalam fase, garis horizontal ditarik melalui titik tertentu yang mencirikan keadaan paduan sampai berpotongan dengan garis yang membatasi area ini; proyeksi titik perpotongan ke sumbu konsentrasi menunjukkan komposisi fase.

Akibatnya, untuk paduan K pada suhu, komposisi kedua fase ditentukan oleh proyeksi titik dan c, karena titik-titik ini berada di persimpangan garis horizontal yang melewati titik a dengan garis diagram.

Jumlah fase ini juga dapat ditentukan. Untuk menentukan jumlah setiap fase (posisi kedua dari aturan segmen), kami mengasumsikan bahwa paduan K berada pada suhu

Beras. 95. State diagram (untuk menerapkan aturan segmen di atasnya)

Paduan K mengandung Oleh karena itu, jika segmen menentukan seluruh jumlah paduan, maka segmen A adalah jumlah B dalam paduan, dan segmen adalah jumlah komponen A dalam paduan.

Pada titik a, paduan terdiri dari kristal B dan cairan konsentrasi Cairan mengandung , atau dalam cairan, jumlah komponen B ditentukan oleh segmen

Dengan berat total paduan sama dengan satu, jumlah kristal yang diendapkan yang diinginkan adalah x, dan jumlah cairan adalah 1 - x. Dalam hal ini, jumlah komponen yang hanya ada dalam cairan adalah

yaitu jika massa paduan sama dengan satu dan diwakili oleh segmen, maka massa kristal pada titik a dalam paduan K sama dengan rasio

jumlah cairan

yaitu jumlah cairan ditentukan oleh rasio

Rasio jumlah fase padat dan cair ditentukan oleh rasio

Jika titik a menentukan keadaan paduan, titik menentukan komposisi fase cair, dan titik c menentukan komposisi fase padat, maka segmen menentukan seluruh jumlah paduan, segmen menentukan jumlah cairan dan segmen menentukan jumlah kristal.

Ketentuan kedua dari aturan segmen dirumuskan sebagai berikut. Untuk menentukan rasio kuantitatif fase, garis horizontal ditarik melalui titik tertentu. Segmen garis ini antara titik yang diberikan dan titik-titik yang menentukan komposisi fase berbanding terbalik dengan jumlah fase ini.

Aturan segmen dalam diagram status ganda hanya dapat diterapkan di area dua fase. Di wilayah fase tunggal, hanya ada satu fase; setiap titik di dalam wilayah mencirikan konsentrasinya.