2. Общие замечания о построении диаграмм состояния

Диаграмма состояния показывает изменение состояния в зависимости от температуры (давление постоянно для всех рассматриваемых случаев) и концентрации.

Если система однокомпонентна, то диаграмма состояния будет иметь одно измерение (шкала температур) и соответствующие точки на прямой покажут равновесную температуру изменения агрегатного состояния (рис. 86).

Рис. 86. Изменение агрегатного состояния однокомпонентной системы в зависимости от температуры

Рис. 87. Координаты для изображения состояний двухкомпонентной системы

Если в системе два компонента, то второе измерение покажет концентрацию сплава: диаграмму строят в двух измерениях (температура — концентрация) (рис. 87).

По оси ординат откладывают температуру по оси абсцисс—концентрацию.

Общее содержание обоих компонентов в сплаве равно и каждая точка на оси абсцисс соответствует определенному содержанию каждого компонента. В точке ; в точке По мере удаления от точки А увеличивается количество компонента точке В его будет 100 %. Следовательно, крайние ординаты на диаграмме соответствуют чистым компонентам, а ординаты между ними — двойным сплавам.

Диаграмма состояния сплавов с тремя компонентами имеет пространственный вид (две оси концентрационные и одна температурная). Четырехкомпонентную систему и системы с большим числом

компонентов также изображают в виде пространственных диаграмм, но с некоторыми упрощениями, так как они имеют больше трех независимых переменных.

Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Каждая вертикаль соответствует изменению температуры определенного сплава. Изменение фазового состояния сплава отмечается на диаграмме точкой. Линии, соединяющие точки аналогичных превращений, разграничивают на диаграмме области аналогичных фазовых состояний.

Рис. 88. Измекекие свободной энергии твердых растворов в зависимости от их концентрации: а — двухфазное состояние; — трехфазное состояние

Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют оба компонента друг с другом в твердом и жидком состояниях, т. е. растворимы ли они в твердом и жидком состояниях, образуют ли они химические соединения и т. д.

Существование той или иной фазы определяется ее термодинамическим потенциалом. Так, например, для однокомпонентной системы (см. рис. 86) модификация а имеет минимальное значение термодинамического потенциала (свободной энергии) ниже температуры а выше температуры -модификация имеет минимум свободной энергии; поэтому при температуре свободная энергия а- и -модификаций равны. Температура имеет то же значение и разделяет области равновесного существования жидкого и твердого состояния.

Если известна для данного вещества (металла) зависимость свободной энергии от температуры (получаемая расчетом), то, очевидно, можно определить температуру равенства свободных энергий разных состояний и без прямого эксперимента определить температуру равновесной кристаллизации или температуру равновесного перехода одной модификации в другую.

Сложнее, но исходя из того же принципа, можно рассчитать по термодинамическим функциям температуру перехода и в сплавах

Согласно правилу фаз, для двухкомпонентной системы (при постоянном давлении) при наличии двух фаз число степеней свободы равняется т. е. при каждой температуре концентрация фаз определенная.

Если рассматривать свободную энергию двух твердых растворов а и Р в зависимости от концентрации, то для данной температуры минимум свободной энергии каждой фазы будет отвечать определенной концентрации (рис. 88). Другими словами, для температуры (сплошные линии на рис. 88, а) это будет и а для (штриховые линии на том же рисунке) это будет и Для многофазных систем (две фазы и более) по точкам, соответствующим минимальным значениям для данной фазы свободных энергий, можно провести касательную.

В случае трехфазного равновесия т. е. такое равновесие может быть лишь при определенной температуре и составе фаз. Поскольку под влиянием температуры свободные энергии фаз а, Р, у изменяются с разной интенсивностью, имеется лишь одна температура, при которой можно провести одну касательную ко всем трем точкам — минимумам (рис. 88, б). Это состояние и отвечает условиям нонвариантного равновесия