Кривая охлаждения
Кривая охлаждения – это линейный график, который представляет собой изменение фазы вещества, в большинстве случаев от газа к твердому веществу или от жидкости к твердому веществу.
Пример кривой охлаждения изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Кривая охлаждения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
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.
Рисунок 2. Кривая охлаждения для эвтектического сплава Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
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:
- A - точка F.
- L - точка С.
- 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^.
