bài giảng giản đồ pha 3 cấu tử

Là giản đồ pha của hệ hai cấu tử không có bất kỳ tương tác nào, chúng tạo nên hỗn hợp riêng rẽ của hai cấu tử, có dạng tổng quát trình bày ở hình 3.9a và hệ điển hình có kiểu này là hệ chì antimoan (Pb Sb) ở hình 3.9b. Giản đồ chỉ gồm cặp đường lỏng – rắn, trong đó đường trên AEB là đường lỏng, đường nằm ngang dưới CED (245oC) là đường rắn, A là nhiệt độ chảy (kết tinh) của cấu tử A (Pb với 327oC), B nhiệt độ chảy (kết tinh) của cấu tử B (Sb 631oC). Hợp kim sẽ nóng chảy hay kết tinh trong khoảng giữa hai đường này với sự tồn tại của hai hay ba pha (pha lỏng với một hoặc cả hai pha rắn A, B).Hãy xét sự kết tinh của một hợp kim cụ thể gồm 60%B (Sb) + 40%A (Pb). Đường thẳng đứng biểu thị hợp kim này cắt các đường lỏng, rắn tương ứng ở 1 (500oC), 2 (245oC), đó là hai mốc nhiệt độ đáng chú ý:+ Ở cao hơn 1 (500oC) hợp kim ở trạng thái lỏng hoàn toàn L.+ Ở thấp hơn 2 (245oC) hợp kim ở trạng thái rắn A +B (Pb + Sb).+ Ở trong khoảng 1 2 (500 245oC) hợp kim ở trạng thái lỏng + rắn: L + B (L + Sb) ứng với quá trình kết tinh hay nóng chảy.Vậy 1 (500oC) là nhiệt độ bắt đầu kết tinh hay kết thúc nóng chảy và 2 (245oC) là nhiệt độ bắt đầu nóng chảy hay kết thúc kết tinh.Sự kết tinh của hợp kim từ trạng thái lỏng xảy ra như sau. Làm nguội đến 1 (500oC) hợp kim lỏng bắt đầu kết tinh ra tinh thể B (Sb) cũng ở nhiệt độ này ứng với 1’. Làm nguội tiếp tục, tinh thể B (Sb) tạo thành càng nhiều làm tỷ lệ B (Sb) trong hợp kim lỏng còn lại giảm đi nên điểm biểu diễn (tọa độ) dịch sang trái theo đường lỏng từ 1 đến E. Ví dụ ở toα (400oC) hợp kim lỏng (còn lại) với tọa độ ở điểm a’’ (37%Sb) và tinh thể B với tọa độ ở điểm a’ tức 100%B (100%Sb). Áp dụng quy tắc cánh tay đòn, tỷ lệ của hai pha này là La’’ Ba’ = aa aa hay L40 Sb100 = (100 60) (60 37) = 40 23 tức pha lỏng 40 63 (63,5%), rắn 23 63 (36,5%). Khi làm nguội đến đường rắn CED (245oC) hợp kim lỏng (còn lại) nghèo B (Sb) đi nữa và có tọa độ ở điểm E (13%Sb), còn pha rắn B (Sb) ứng với điểm D. Tỷ lệ của hai pha này làLE BD = 2D 2E hay L13 Sb100 = (100 60) (60 13) = 40 47. Tức pha lỏng chỉ còn khoảng 46%, pha rắn (Sb) đã kết tinh là 54%.

Giản đồ pha (Phase diagram)

Hệ cân bằng: Có năng lượng thấp nhất

Hệ không cân bằng: Có năng lượng cao

Hệ giả ổn định: Ổn định trong một phạm vi nhất định

Quy tắc pha

(phase) , bậc tự do F (freedom) và số cấu tử C (component):

F = C – P + 2

Nếu áp suất ko đổi, ta có:

F = C – P + 1

Giản đồ pha

giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng các pha của hệ đó ở trạng thái cân

bằng

nghiệm

Water phase diagram

Dung dịch rắn (Solid solution)

Các đặc tính của dung dịch rắn

định mà không làm thay đổi kiểu mạng

Giản đồ pha 2 cấu tử

học

Các thông tin có được từ GDP

Phase diagram

thấp nhất, điểm dễ chảy hay cùng tinh

Nguyên tắc trong giản đồ pha

Tại điểm xét: gần pha nào hơn thì lượng của pha đó nhiều hơn, tính theo quy tắc đòn bẩy.

 Cắt đường giới hạn các pha tại điểm có trục hoành bằng bao nhiêu thì thành phần nguyên tố của pha

đó bằng chính giá trị đó:

Pha & có m% B, (100-m)%A

Pha ᵝ có n% B, (100-n)% A

A simple binary phase

Giản đồ pha 2 cấu tử: không tạo thành dung dịch rắn

Consider 1 kg Pb - 60%Sb alloy Determine:

The amounts and

compositions of

each phase at

435 o C, 245 o C?

Giản đồ pha 2 cấu tử có thể hòa tan vào

nhau tạo thành dung dịch rắn hòa tan vô hạn

vô hạn vào nhau ở mọi nhiệt độ

A simple binary phase

diagram: unlimited solubility

solid exists as a solution at all

temperature

Consider Cu -35%Ni alloy

Determine:

The amounts and compositions of each phase at 1270oC, 1250OC, 1220oC

Limited solubility

Giản đồ pha hai cấu tử hòa tan vào nhau

có giới hạn, tạo thành dung dịch rắn ở

thành phần và nhiệt độ nhất định

Thành phần chất rắn cuối cùng trc khi hóa lỏng?

Lượng và TP mỗi pha ở ngay dưới hoặc trên nhiệt độ cùng tinh?

Lượng và TP mỗi pha ở 25oC

The relationship between phase diagram and material properties

Mối quan hệ giữa giản đồ pha và tính chất vật liệu

Một hỗn hợp 2 kim loại A (a%) và B ((100-a)

%)

Consider a mixture of 2 metals A (a%) and B ((100-a)%)

Properties A, B and mixture are: PA, PB, and PM

Giản đồ pha Fe – Fe3C hoặc Fe - C

Fe – C Diagram phase

One phase organization

Austenit (A, γ)

Fe, FCC

nhạt đôi chút, có một vài đường song

tinh cắt ngang

Tổ chức tế vi của ferrit và Austenit

Two phase organization

Peclit:là hỗn hợp cùng tích của ferit và xemetit nhận được bằng cách làm lạnh vùng Austenit với hợp phần 0,76%C

Peclit: Cooling from

Austenite region through the eutectoid composition of

elements (Mn, Si, P, S…)

Eutectoid steel

Hypoeutectoid steel

Hypereutectoid steel

Kiểm tra 15p

Xác định lượng và thành phần mỗi pha ở ngay trên và ngay dưới nhiệt độ cùng tinh?

A lead–tin alloy of composition 30 wt% Sn–70 wt% Pb is slowly heated from a temperature

of 150 C (300F).

(a) At what temperature does the first liquid phase form?

(b) What is the composition of this liquid phase?

(c) At what temperature does complete melting of the alloy occur?

(d) What is the composition of the last solid remaining prior to complete melting?