Анализ фазовой структуры диаграммы состояния трехкомпонентной системы As – Ge – Te согласно варианту 2.

2.1. На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трехкомпонентной системы определить фигуративные точки сплавов следующей концентрации:

а) Bi – 10%, Pb – 90%, Sn – 0% (точка А);

б) Bi – 20%, Pb – 45%, Sn –35% (точка В).

Для определения фигуративных точек воспользуемся правилом «трёх отрезков». Если из точки, лежащей внутри концентрационного треугольника и характеризующей трёхкомпонентный сплав, провести на любую из сторон треугольника две прямые, параллельные двум другим сторонам треугольника, то они разделят эту сторону на три отрезка. При этом длина отрезка, примыкающего к вершине треугольника, по отношению к длине стороны треугольника характеризует состав по компоненту, стопроцентный состав которого лежит на противоположной вершине этой стороны. Отрезок же лежащий между двумя отрезками, граничащими с вершинами, характеризует состав третьего компонента сплава. Согласно этому правилу были определены фигуративные точки А и В для пунктов а) и б) соответсвенно (рис.2.1).

2.2. На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трехкомпонентной системы изобразите:

а) совокупность сплавов, имеющих постоянную концентрацию Pb, равную 45%;

б) совокупность сплавов, характеризующихся постоянным соотно­шением компонентов Bi : Sn = 1 : 2.

Расположение некоторых сплавов в концентрационном треугольнике подчиняется определённым закономерностям, важнейшими из которых являются:

- все сплавы, фигуративные точки которых расположены на прямой, параллельной одной из сторон треугольника, содержат одинаковые концентрации того компонента, которому соответствует вершина, противоположная данной стороне.

- сплавы фигуративные точки которых лежат на прямой, проходящей через одну из вершин треугольника содержат в одинаковом количественном соотношении компоненты, соответствующие двум другим вершинам.

Согласно первому правилу был решён пункт а). Решение представлено на рисунке 2.1 прямой h. Согласно второму правилу была найдена прямая k, являющаяся решением пункта б) и изображённая на рисунке 2.1

2.3. Дадим определение поверхности солидуса, поверхности ликвидуса и поверхности начала кристаллизации двойных эвтектик.

Поверхность солидуса – это геометрическое место фигуративных точек твёрдых растворов предельной концентрации. Поверхность ликвидуса – это геометрическое место фигуративных точек жидких растворов предельной концентрации. Поверхности начала кристаллизации двойных эвтектик (линейчатые поверхности) – это поверхности, связанные с выделением двойной эвтектики. Над этими поверхностями сплавы двухфазны (сплав и один твёрдый компонент), а под ними трёхфазны (расплав и два твёрдых компонента). Особенностью таких поверхностей является то, что любое изотермическое сечение диаграммы пересекает поверхности двойных эвтектик по прямым линиям – коннодам, соединяющим фигуративные точки фаз, находящихся в равновесии при данной температуре – одной жидкой (точки лежат на линиях двойных эвтектик) и двух твёрдых (точки лежат на вертикальных линиях компонентов системы). В системе Bi-Pb-Sn имеются шесть поверхностей начала кристаллизации двойных эвтектик.

На концентрационном треугольнике проекции этих поверхностей изображаются в виде треугольников АЕВ, ВЕС, АЕС.

2.4. При какой температуре начнет кристаллизоваться сплав состава Bi:Pb:Sn = 20%:60%:20%, если он охлаждается из жидкого состояния. Сплав состава Bi – 20%, Pb – 60%, Sn – 20% при охлаждении из жидкого состояния начнет кристаллизоваться при температуре 197 ^оС.

2.5.

Первые кристаллики, выпадающие при кристаллизации данного сплава, будут представлять собой чистый Pb, так как сплав находится в области, где первым начинает кристаллизоваться именно Pb.

Охлаждение будет проходить по отрезкуC-H

2.6

Для определения количества твёрдой фазы воспользуемся рисунком 2.2. Как было указано в пункте 2.5. при охлаждении сплава С состав жидкой фазы будет изменятся по линии С – E. Температуре 152 ^оС (425 K) на этой линии соответствует точка D. Обозначим отрезок D – C через x, а отрезок Pb – С через y. По правилу рычага

.

Из условия известно, что x + y = 5 (кг). Решая два получившихся уравнения совместно относительно x и y, находим, что y = 3.7 (кг), а х = 1.3 (кг). Это массы жидкой и твёрдой фаз соответственно при температуре 425 K.

2.7

Второй компонент из сплава данного состава начнет выделяться при температуре  140 ^оС. Это будет компонент Sn. Состав жидкой фазы будет изменяться по линии H-E

Рисунок 8. диаграмма состояния трехкомпонентной системы Bi – Pb – Sn

2.8

Кристаллизация жидкой фазы рассматриваемого сплава закончится при температуре эвтектики (96 ^оС). При этом будет протекать такое фазовое превращение: L  Bi + Pb + Sn. Состав последней капли расплава будет также соответствовать составу эвтектики (точка Е на диаграмме): Bi – 51 %, Pb – 30 %, Sn – 19 %.

2.9

Для определения числа условных термодинамических степеней свободы рассматриваемой системы при различных температурах воспользуемся правилом фаз Гиббса: С = K – Ф + 1, где: С – искомое число условных термодинамических степеней свободы; К – число компонентов, образующих систему; Ф – число фаз, находящихся в равновесии при данных условиях. При 425 К (127 ^оС): К = 3, Ф = 2, С = 2. При 370 К (97 ^оС): К = 3, Ф = 3, С = 1. При 96 ^оС (температура точки Е): К = 3, Ф = 4, С = 0.

10. Политермический разрез системы с постоянным содержанием компонента Pb – 45 % представлен на рисунке 2.3

2.11 Кривые охлаждения приведены для двух сплавов (I и II), и показаны в одной системе рисунков вместе с политермическим разрезом.

2.12 В шлифах сплавов, фигуративные точки которых близки к точке эвтектики, на фоне почти однородной структуры (с равномерно распределёнными вкраплениями) будут видны первичные кристаллики первовыделившегося вещества. В шлифах сплавов, фигуративные точки которых близки к точкам чистых компонентов, наблюдаются вкрапления вторичных кристалликов остальных компонентов по границам чистых зёрен основного компонента.

2.13 На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы изображена проекция эвтектической диаграммы с твердыми растворами при температуре эвтектики

Рисунок 10. Проекция эвтектической диаграммы с твердыми растворами при температуре эвтектики