«Термодинамический анализ фазовых равновесий в двухкомпонентной системе с полиморфным компонентом A, конгруэнтно плавящимся соединением ab и инконгруэнтно плавящимся соединением ab 3» (стр. 1 из 6)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО
Кафедра «Материаловедение и технология обработки материалов»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Термодинамика в материаловедении»
на тему: «Термодинамический анализ фазовых равновесий в двухкомпонентной системе с полиморфным компонентом A, конгруэнтно плавящимся соединением AB и инконгруэнтно плавящимся соединением AB3»
Выполнил: Алфёров М.О.
Группа: 4МТМ-3ДБ-019
Проверил: Дзунович ..
Москва-2010
Содержание:
- Характеристика фаз системы. Нонвариантные равновесия ………………….. 5
- Построение диаграммы состояния системы А-В ……………………………….. 6
- Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию атомов компонента В ………………………………………......6
- Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию (по массе) компонента В …………………………………….10
- Термодинамический анализ однокомпонентных систем ……………………….12
- Изменение свободных энергий Гиббса, в зависимости от
температуры, фаз компонента A ………………………………………………12
- Изменение свободных энергий Гиббса, в зависимости от
температуры, фаз компонента B ……………………………………………… 14
- Термодинамический анализ фазовых равновесий в двухкомпонентной
системе А-В при температурах 400°, 670°, 900° …………………………………. 16
- Построение концентрационной зависимости свободной
энергии Гиббса для системы А-В при температуре 900° ………………. 17
- Построение концентрационной зависимости свободной
энергии Гиббса для системы А-В при температуре 670° ……………….. 19
- Построение концентрационной зависимости свободной
энергии Гиббса для системы А-В при температуре 400° ………………...21
- Анализ фазовых превращений и определение количества фаз и структурных составляющих ………………………………………………………………………...23
- Кристаллизация и расчёт количества фаз и структурных
составляющих сплава X1(12%B) ……..……………………………………..23
- Кристаллизация и расчёт количества фаз и структурных
составляющих сплава X2(79%B) ………………………………………….. 26
- Кристаллизация и расчёт количества фаз и структурных
составляющих сплава X3(93%B) ………………………………………….. 30
6. Построение графических зависимостей изменения относительного количества фаз и процентного содержания компонента В в фазах от температуры при охлаждении сплава 12 % (по массе) В из жидкого состояния …………………..33
- Построение зависимости изменения относительного
количества фаз сплава, содержащего 12 % (по массе)
компонента В, в зависимости от температуры …………………………. 33
- Построение зависимости изменения процентного содержания компонента В в фазах сплава, содержащего 12 % (по массе)
компонента В, в зависимости от температуры …………………………..36
7. Список литературы…………………………………………………………………….39
1 Характеристика фаз и компонентов системы. Нонвариантные равновесия
Данная двухкомпонентная система А-В состоит из двух компонентов:
A – полиморфный компонент с температурой плавления 1400°С и полиморфным превращением при температуре 900°С;
B – изоморфный компонент с температурой плавления 300°С;
Данная двухкомпонентная система А-В состоит из шести основных фаз:
L – жидкий раствор компонента А и В друг в друге с неограниченной растворимостью;
a - твердый раствор на основе низкотемпературной модификации компонента А; предельная растворимость компонента B в компоненте A
γ – твердый раствор на основе высокотемпературной модификации компонента B в компонете A;
АВ - промежуточная конгруэнтно плавящаяся фаза постоянного состава;
АВ3 - промежуточная инконгруэнтно плавящаяся фаза переменного состава
b – твердый раствор компонента А на основе компонета В ;
Нонвариантные равновесия:
1) Эвтектическое нонвариантное равновесие:
Температура эвтектического нонвариантного равновесия 550°С
Эвтектическая реакция:
2) Перитектические нонвариантные равновесия:
Температура перитектического нонвариантного равновесия 700°С
Перитектическая реакция:
Температура перитектического нонвариантного равновесия 400°С
Перитектическая реакция:
3) Метатектическое нонвариантное равновесие:
Температура метатектического нонвариантного равновесия 650°С
Метатектическая реакция:
2 Построение диаграммы состояния системы А-В.
(в % атомных компонента В и % (по массе) компонента В)
Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию атомов компонента В:
1) Выбираем масштаб для построения диаграммы:
- по оси абсцисс откладываем количество компонента В в процентах (от 0% до 100%);
- по оси ординат откладываем температуру в градусах Цельсия, начиная от 0°С;
2) Наносим температуру плавления полиморфного компонента А (1400°С), температуру его полиморфного превращения (900°С) и температуру плавления изоморфного компонента В (300°С);
3) Найдем и нанесем на диаграмму процентное содержание атомов компонента В в инконгруэнтно плавящихся соединениях постоянного состава АВ и АВ3:
- для фазы АВ процентное содержание атомов компонента В составляет 50 атомных %;
- для фазы АВ3 процентное содержание атомов компонента В составляет 75 атомных %;
4) Проводим изотермы, соответствующие четырем нонвариантным равновесиям и наносим на них точки, соответствующие составу фаз нонвариантных равновесий, описанных в пункте 1;
5) Наносим область гомогенности δ (твердого раствора на основе соединения АВ2). Максимальная протяжённость данной области по условию составляет 8 атомных % В.
6) Соединяем линией ликвидуса точку А′, заданную температурой плавления полиморфного компонента А (1400°С), соответствующую фазовому составу 0 атомных % компонента В, точку на линии метатектического нонвариантного равновесия (20 атомных % компонента В) при температуре 650°С, точку на линии перитектического нонвариантного равновесия (40 атомных % компонента В) при температуре 550°С, точку, соответствующую эвтектическому нонвариантному равновесию (75 атомных % компонента В) при температуре 400°С, соответствующую соединению AB3 (50 атомных % B) при температуре 700°С, точку на линии перитектического нонвариантного равновесия p2 (90 атомных % компонента В)
7) Соединяем линией трансуса точку полиморфного превращения компонента А -
, определяемую температурой полиморфного превращения компонента А (1400°С) и фазовым составом равным 0 атомных % компонента В с точками метатектического нонвариантного равновесия при температуре 650°С и составами, соответствующими 5 атомным % компонента В – и 13 атомным % компонента В ;8) Линией солидуса соединяем точку заданную температурой плавления полиморфного компонента A (1400°С) с фазовым составом 0 атомных % компонента В – A′ на линии метатектического нонвариантного равновесия (700°С) с фазовым составом компонента В равным 13 атомных %;
Линией солидуса соединяем точку a1 на линии перитектического нонвариантного равновесия (650°С) с фазовым составом 10 атомных % компонента В с точкой a2 на линии перитектического нонвариантного равновесия (550°С) с фазовым составом компонента В равным 10 атомных %;
Линией солидуса соединяем соответствующую соединению AB (50 атомных % B) при температуре 1500°С линии эвтектического нонвариантного равновесия (550°С) с фазовым составом компонента В равным 50 атомных % и точкой a3 на линии перитектического нонвариантного равновесия (700°С) с фазовым составом компонента B равным 75 атомных %;
9) Линией солидуса соединяем на линии перитектического нонвариантного равновесия (700°С) с фазовым составом 82 атомных % компонента В с точкой В′, заданную температурой плавления изоморфного компонента В (300°С), соответствующую фазовому составу 100 атомных % компонента В;
10) Линией сольвуса соединяем точку на линии перитектического нонвариантного равновесия (400°С) с фазовым составом 13 атомных % компонента В с точкой, определяемую фазовым составом компонента В равным 1 атомных % при температуре 0°С;
Построим диаграмму состояния системы А-В по процентному содержанию атомов компонента В (Рис. 1).
Рис1
Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию (по массе) компонента В:
Построим диаграмму с учетом пересчета всех точек из % атомных компонента В в процент (по массе) компонента В. Построение произведем исходя из результатов, занесенных в таблицу 1.
Таблица 1.
Пересчет из % атомных компонента В в % (по массе) компонента В.
| В % ат. B | 2 | 10 | 13 | 23 | 32 | 38 | 50 | 75 | 82 | 87 | 94 | 99 |
| В % (по массе) В | 2 | 11 | 14 | 25 | 33 | 41 | 53 | 78 | 84 | 89 | 95 | 99 |
Для пересчета использовались следующие формулы и данные: