Закономерность изменения числа фаз в гетерогенных системах
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
ся одним и тем же законам.
Для получения высоких свойств многих сплавов в литом состоянии в расплав вводят специально подобранные вещества, образующие твердые частицы, отличающиеся малым углом , на которых поверхностное натяжение в контакте с кристалликами меньше, чем между последним и расплавом. Можно повлиять на СЗЦ и при гомогенном зарождении, если ввести в расплав даже небольшое (0,001-0,1%) количество растворимой поверхностно-активной примеси. Атомы такой примеси, адсорбируясь на поверхности зародышей, уменьшают их поверхностную энергию . Поэтому устойчивыми и способными к росту могут стать зародыши меньших размеров, чем при отсутствии этих примесей.
Оба эти метода воздействия на величину поверхностной энергии образующихся кристаллов находятся в основе способа модифицирования, который используют при получении большого числа технических сплавов с целью получения в них мелкозернистой структуры.
Количество не самопроизвольно возникающих зародышевых центров кристаллизации зависит не только от количества и характера твердых частиц, но и от температуры жидкого металла. С повышением температуры жидкого металла снижается активность воздействия этих частиц на процесс кристаллизации, что связано как с процессами частичного их растворения, так и с изменением их состава и состояния поверхности.
При образовании сплавов имеет значение и проблема диффузии или блуждание диффундирующих частиц. Диффузное движение любого атома - это случайное блуждание из-за большой амплитуды колебаний, которое не зависит ни от движения других атомов, ни от предыдущего движения данного атома. Движение атома может быть направленным под воздействием градиента химического потенциала , который является движущей силой диффузного переноса атомов i-того компонента в реальном твердом растворе.
Твердые растворы - это фазы, содержание компонентов в которых может изменяться без нарушения типа кристаллической решетки основного компонента. В зависимости от способа размещения атомов в кристаллической решетке различают следующие типы твердых растворов - замещения, внедрения и вычитания.
Твердые растворы замещения. Такие растворы образуются в результате замены в кристаллической решетке части атомов одного компонента - растворителя на атомы другого (или других компонентов) без изменения типа этой решетки. В качестве компонентов, образующих твердый раствор замещения, могут быть чистые металлы или промежуточные фазы (в том числе химические соединения). Если твердые растворы на основе чистых металлов могут быть в широком интервале их концентраций, то твердые растворы на основе промежуточных фаз чаще всего существуют в сравнительно небольшом интервале концентраций, который оказывается часто совсем незначительным, особенно если в этих фазах имеются ионные связи. Твердые растворы замещения - это макроскопически однородные фазы, в которых атомы компонентов в любом объеме распределены статистически одинаково, хотя в атомном масштабе эта однородность распределения может быть нарушена в результате появления отдельных скоплений (кластеров) из атомов компонентов.
Как правило, при переходе в упорядоченное состояние растет твердость сплавов, снижается пластичность и резко изменяются многие физические свойства. Известен ряд видов ближнего порядка - жидкоподобный, микродоменный и локальный дальний (или К-состояние). Образование ближнего порядка проявляется в росте упрочнения сплавов и в изменении физических свойств.
Твердые растворы внедрения. Эти твердые растворы образуются на основе металлов с такими неметаллами, как углерод, азот, водород, бор и др. При этом атомы неметалла занимают окта- или тетра-эдрические поры в решетке металла. Образование подобных твердых растворов возможно в том случае, когда атомы неметаллов имеют существенно меньшие размеры, чем атомы металла. Подобные твердые растворы не могут быть непрерывными, поскольку не может быть непрерывного перехода от атомов металла к неметаллу. Твердые растворы внедрения могут быть упорядоченными, когда атомы внедрены лишь в определенные и закономерно расположенные поры в решетке металла. Известно пять типов упорядоченных твердых растворов внедрения на базе металлической ГЦК решетки и четыре типа на основе металлической ОЦК решетки.
Твердые растворы вычитания. Эти растворы образуются на основе некоторых промежуточных фаз и химических соединений и характеризуются дефектной решеткой, т.е. решеткой со свободными (или с незанятыми) узлами, которые должны были принадлежать атомам одного из компонентов. Эти свободные узлы могут возникать под влиянием изменения концентрации одного из компонентов. Такие твердые растворы вычитания могут возникать независимо от того, являются ли эти компоненты металлами или один из них металл, а другой - неметалл.
Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава. Если изменяется состав сплава, его температура, давление, и состояние сплава также изменяется, то это находит графическое отображение в диаграмме состояния.
Диаграмма состояния показывает устойчивые состояния, т.е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии. Поэтому диаграмма состояния может также называться диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы. В соответствии с этим и изменения в состоянии, которые отражены на диаграмме, относя