Задача 1

Вычертить диаграмму фазового равновесия железа.

а) Отметить на диаграмме поля устойчивости фаз.

б) Применить правило фаз в системе, находящейся при температуре t и давлении Р1 (точка «а»). Результат пояснить.

г) Изобразить под диаграммой (с таким же масштабом по оси температур и произвольным – по оси времени) схематичный вид кривой в координатах время-температура, пояснив, какие процессы будут происходить при изменении температуры от t1 до t2 в изобарных условиях.

Задача 2

б) С помощью диаграммы, построенной в координатах lnN -1/T, определить теплоты плавления чистых веществ А и В и сравнить их со справочными значениями. Для расчета воспользоваться диаграммой фазового равновесия системы А-В, приведенной в прил. 5 (методические указания). На каждой ветви ликвидуса взять значения составов жидкого расплава при 6-8 различных температурах. Считать, что жидкий расплав – идеальный раствор.

Задача 3

Вычертить диаграмму состояния системы Д-F в координатах температура-состав (в масс. %).

а) Указать, есть ли в системе химические соединения, их число, характер плавления, химический состав и простейшие формулы.

б) Отметить линии ликвидуса, солидуса. Определить поля устойчивости фаз.

в) Указать, есть ли в системе линии безвариантных равновесий и каким температурам они отвечают? Определить составы равновесных фаз и написать уравнения превращений, протекающих при отводе тепла при каждой из указанных на диаграмме температурах, отвечающих безвариантным равновесиям.

г) Проследить за изменением фазового состояния сплавов, содержащих А и Б (%) вещества F соответственно при понижении температуры от t10 до t11.

д) Изобразить (справа о диаграммы с одинаковым масштабом по температуре) схематический вид кривых охлаждения этих сплавов (масштаб по оси времени произволен).

е) Рассчитать массу жидкой фазы и количество вещества F в ней, если общая масса системы Nкг, температура t12, а суммарное содержание F в смеси фаз в %.

ж) Схематично изобразить вид изотермы в координатах энергия Гиббса – состав при температурах t13 и t14.

2. Исходные данные

Задача 1

Задача 2

Задача 3

3. Решение задания

3.1. Задача 1

а) На поле диаграммы можно выделить αТВ, γТВ δТВ, Ж, Г – каждое из которых является полем устойчивости фаз.

αТВ – твердая фаза с объемоцентрированной решеткой (ОЦК)

γТВ – твердая фаза с гранецентрированной решеткой (ГЦК)

δТВ – твердая фаза с объемоцентрированной решеткой (ОЦК)

Ж – жидкая фаза

Г- газообразная фаза железа

αТВ, γТВ δТВ – отличаются друг от друга лишь модификациями кристаллических решеток.

Температура плавления железа равна 1539±5 °С. Железо образует 3 кристаллические модификации: α – железо, γ – железо, δ – железо.

α – железо термодинамически устойчиво при температуре ниже 911 °С;

γ – железо – от 911 до 1392 °С;

δ – железо - от 1392 °С до 1539 °С.

Линии на диаграмме показывают условия, при которых в системе в равновесии находятся 2 фазы:

АО1 – в равновесии находятся – газообразная и αТВ фазы;

О1О2 – в равновесии γТВ и газообразная фаза;

О2О3 – в равновесии δТВ и газообразная фаза;

О3В – в равновесии жидкая и газообразная фазы;

О1С – в равновесии находятся две твердые фазы: αТВ и γТВ;

О3Д – в равновесии две твердые фазы γТВ и δТВ;