Как найти кривую охлаждения

Кривая охлаждения

Пример кривой охлаждения изображен на рисунке ниже.

Здесь ось X – время, является независимой переменной, а ось У – температура – зависимая переменная. Начальной точкой графика является начальная температура исследуемого вещества. Во время фазового превращения имеет место быть тепловая остановка, то есть температура становится постоянной. Это объясняется следующим образом: веществ имеет больше внутренней энергии в жидком или газообразном состоянии, чем в состоянии до которого оно охлаждается – твердое состояние. Количество энергии, которое необходимо для осуществления фазового превращения называется скрытым теплом. Скорость овладения представляет собой наклон кривой охлаждения в любой точке графика.

Построение кривой охлаждения для сплава

Рассмотрим построение кривой охлаждения для эвтектического сплава, которая изображена на рисунке ниже.

На разрезе I диаграммы состояния сплава, который проходит через точку а, сначала произвольно выбирается начальная точка, которая должна находиться в пределах области L, а затем последовательно нумеруются критические точки сплава – 1 и 2 пересечения с линиями разреза. После итого проводятся t – температура и т – время, в пределах которых будет строится кривая охлаждения, на них проецируются уровни температур в критических точках.

Начальный участок кривой охлаждения для рассматриваемого сплава находится выше точки 1. Для любой точки этой области фазовый состав сплава – L, потому что участок располагается однофазной области диаграммы состояния. Таким образом, количество фаз в сплаве f = 1, а согласно правилу фаз, количество степеней свободы с = 2. Отсюда, при отводе тепла температура сплава снижается монотонно, и рассматриваемый участок можно изобразить в виде плавно падающей линии: воле данного участка на кривой охлаждения необходимо указать состав и количество степеней свободы, то есть L и c = 2.

Рассмотрим участок 1-2. Для любой точки b на рассматриваемом участке, согласно правилу отрезков, устанавливается следующий фазовый состав: L в точке е + А в точке d. Отсюда следует, что количество фаз равняется f = 2, а число степеней свободы с = 3. Таким образом данный участок кривой охлаждения сплава будет изображаться плавной линией, после которой необходимо указать следующие данные: L + A, c = 1. В точке 1 на кривой охлаждения будет излом, потому изменяется количество степеней свободы от 2 до 1. Если переместить точку b от точки 1 к точке 2, то можно определить весовую долю кристаллов твердого вещества А – QA = be / de * 100 %. На этом участке также можно определить химический состав жидкости в сплаве – от точки 1 начинается выделение из жидкости твердых кристаллов А, а содержание составляющих В в оставшейся в сплаве жидкости постепенно увеличивается. В конце рассматриваемого участка 1-2 сплав будет состоять из оставшейся жидкости эвтектического сплава и твердых кристаллов А.

Рассмотрим участок 2-2с^. В точке 2 согласно правилу отрезков можно установить, что в равновесном состоянии в есть три фазы:

1. A – точка F.
2. L – точка С.
3. B – точка G.

Стоит заметить, что L = Lэвт. Получается, что количество фаз равняется f=3, а число степеней свободы с=0 – согласно правилу фаз. Следовательно, при критической температуре в точке 2 на кривой охлаждения эвтектического сплава имеет место быть горизонтальная линия 2-2^ с постоянной температурой. Природу процесса, который происходит внутри сплава на данном участке, можно определить следующим образом. Ниже уровня температуры FCG, то есть ниже точки 2 невозможно существование в сплаве фазы L. Таким образом на участке 2-2^ с одной стороны должна исчезать Lэвт, потому что в конце процесса С должно быть равно 1, а сама фаза превращается в смесь других – Lэвт => эвтектика (А + В) – на участке происходит эвтектическое превращение.

Рассмотри последний участок диаграммы – после точки 2. После завершения эвтектического превращения в сплаве остаются фазы А и В, ито легко проверить при помощи правила отрезков для любой точки рассматриваемой диаграммы состояния на участке 2-а. Получается следующее количество фаз f = 2, а число степеней свободы с=1, поэтому температура сплава монотонно снижается до комнатной температуры. На данном участке указывается конечная структура эвтектического сплава, руководствуясь правилом отрезков на участке 2-а. Конечная структура устанавливается по совокупности твердых кристаллов, которые выделились на различных участках кривой охлаждения и в дальнейшем не подвергавшиеся внутренним изменениям. В рассматриваемом случае структура сплава образована кристаллами твердого компонента А, которые выделились на участке 1-2, и кристаллов эвтектики, образовавшиеся на участке 2-2^.

Построение кривых охлаждения сплавов

Рассмотрим
в качестве примера построение кривой
охлаждения для сплава эвтектического
типа (рис.2).

Рис.2.Пример
построения кривой охлаждения

На
вертикальном разрезе I диаграммы
состояний, проходящем через точку а,
произвольно выбираем начальную точку
в области L
и затем последовательно нумеруем
критические точки сплава, т.е. точки 1,
2 пересечения разреза I с линиями
диаграммы. Проводим оси координат:
тем­пература Т – время т, в которых
будет построена кривая охлаждения;
проектируем на них уровни температур
в критических точках.

Начальный
участок кривой охлаждения (выше т. 1).
Для любой точки этого участка фазовый
состав сплава: L,
так как этот участок находится в
однофазной области диаграммы.
Следовательно, число фаз в сплаве Ф = 1,
и по правилу фаз, число степеней свобода
сплава С = 2. Следовательно, при отводе
тепла температура сплава монотонно
понижается и этот участок кривой
охлаждения изобразится плавной падающей
линией: возле этого участка на кривой
охлаждения указываем фа­зовый состав
и число степеней свободы сплава: L,
С = 2.

Участок
1-2. Для любой точки b
на этом участке по правилу отрезков
устанавливаем фазо­вый состав сплава:
L
(т. е)
+ А (т. d),
следовательно, Ф = 2 и по правилу фаз С =
1. Значит, этот участок кривой охлаждения,
как и предыдущий, будет изображаться
плавной линией, возле кото­рого следует
указать: L
+ А, С = 1. В точке 1 кривой охлаждения будет
излом, т.к. здесь изменяет­ся число
степеней свободы сплава от С = 2 к С = 1.

Перемещая
т. b
от
т.1
к т. 2
и определяя весовую долю твердых
кристаллов А

(Q_A
=
100%)
и химический состав жидкости в сплаве
(е^‘
%
В), можно легко установить, что на этом
участке кривой охлаждения, начиная от
т. 1, происходит выделение из жидкости
твердых кристаллов А, а содержание
компонента В в остающейся жидкости в
сплаве постепенно увеличи­вается от
а % В в т. 1
к значению с’
% В для т. 2,
т.е. из жидкости выделяются кристаллы
компо­нента, избыточного по отношению
к эвтектическому составу. В конце участка
1-2 сплав будет со­стоять из кристаллов
А и оставшейся жидкости эвтектического
состава.

Участок
2-2^‘.
В
точке 2 на диаграмме состояния по правилу
отрезков легко установить, что в сплаве
в равновесии находятся три фазы: А (т.
F),
Цт. С) и В (т. G),
причем L=L_3BT(C^/
0/o
В).
Таким образом, по правилу фаз, Ф=3 и С=0.
Следовательно, при температуре критической
точки 2 на кривой охлаждения будет
горизонтальный участок 2 -2^‘
с
постоянной температурой сплава. При­роду
процесса, происходящего внутри сплава
на этом участке, выясним следующим
образом. Как видно из диаграммы состояния,
ниже т. 2 (то есть, ниже уровня температуры
линии FCG)
невозможно существование в сплаве
жидкой фазы L.
Поэтому ясно, что на участке 2 -2^‘
с
одной сто­роны, должна “исчезать”
фаза L_3BT,
с другой стороны, поскольку в конце
процесса должно быть С =1 (чтобы сплав
смог далее снижать свою температуру),
то эта фаза должна превращаться в смесь
двух других:

L_эвт>эвт(А+В),

то
есть на участке 2—2^/
в сплаве идет эвтектическое превращение.

Конечный
участок кривой охлаждения (после т. 2^/).
После окончания эвтектического
пре­вращения в сплаве останутся две
фазы: А и В, что легко проверяется правилом
отрезков для лю­бой точки диаграммы
на участке 2-а. Таким образом, Ф = 2 и С =
1, так что сплав монотонно сни­жает
свою температуру до комнатной.

На
этом участке необходимо указать конечную
структуру сплава. В данном простом
случае это можно сделать по правилу
отрезков (для структурных составляющих)
на участке 2-а диаграм­мы.

В
более общем случае конечную структуру
устанавливают по совокупности твердых
кри­сталлов, выделившихся на разных
участках кривой охлаждения, и не
подвергавшихся после этого внутренним
изменением. В нашем случае структуру
сплава образуют кристаллы А, выделившиеся
на участке 1 – 2, и кристаллы эвтектики,
образовавшиеся на участке 2 -2^‘:
А+эвт(А+В).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?