Технические науки

Металлургия

Жигуц Ю.Ю., Легета Я.П., Петров О.П.

Ужгородський національний університет, Україна

ВИКОРИСТАННЯ КООРДИНАТ СКРЕЙНЕМАКЕРСА ДЛЯ ПРОГНОЗУВАННЯ ФАЗОВИХ СКЛАДОВИХ ДІАГРАМ СТАНУ СПЛАВІВ

ВСТУП. Сучасні уявлення у області графітизації сплавів заліза базуються на феноменологічному підході [1,2]. Н.Льюіс для встановлення залежності мольної концентрації в сплаві компоненту від його активності запропонував рівняння:

, (1)

де − мольна концентрація компоненту взята за базову для певного стану; − універсальна газова стала; − температура, К.

Це дало можливість створити метод активностей. Даний метод набув нового розвитку після появи рівняння Хіллерта, яке пов’язує термодинамічну активність компоненту з тангенсом кута нахилу коноди на діаграмі стану. Ця конода з’єднує ноди, тобто фігуративні точки фаз на концентраційному симплексі сплаву. При цьому симплекс будується у ортогональних координатах, а осі концентрацій подаються у мольних частках N_i. Координати Скрейнемакерса дозволяють значно спростити рівняння, використавши меншу кількість припущень при заміні N_c на відносну концентрацію компоненту (n_с), Наприклад, для систем Fe-C-Si або Fe-C-Сr − n_Fe, n_si і n_cr, при цьому =/; =/; =/.

Аналіз конодних трикутників показує − при відомому нахилі конодного трикутника ледебуритного перетворення всі три коноди стикуються у вершинах трикутника, що однозначно встановлює положення точок термодинамічної активності фазових складових сплаву. Робота [3] доводить, що у трьохкомпонентних системах Fe-C-i для евтектичного розпаду аустеніту подібні вирази можливо отримати для любих сплавів. Ізотермічний розріз виконаний у координатах Скрейнемакерса дозволяє використовувати у розрахунках дуже просте і точне рівняння Хіллерта-Жукова, в якому відсутні координати нод або фігуративних точок сплавів.

ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ. Рівняння у формі (2) і (3)

(2)

(3)

можуть використовуватися для обчислення точок, ліній або поверхонь діаграм, як було показано у роботах [3,4]. Розглянемо, простий випадок.

Припустимо, що в ізотермічному перерізі фазової діаграми Z-X-Y (Z – є основним компонентом), нам відоме ε_x^(y) (коефіцієнт Сільмана [3]) в α і β фазових областях, та a_x⁰ в середині α+β області для подвійної системи Z-X. Припустимо також, що границя (α+β)/β добре відома і що (α+β)/β потрібно обчислити (див. рис.).

Рис. Варіанти похилих конод a+b при ізотермічному розрізі Z-X-Y підсистем при двохфазній рівновазі: 1 – ln(a_x⁰/a_x)>0 і a_x<a_x⁰; 2 – ln(a_x⁰/a_x)<0 і a_x>a_x⁰; 3 – ln(a_x⁰/a_x)=X_Y (>0) і a_x<a_x⁰; 4 – ln(a_x⁰/a_x)=0 і a_x=a_x⁰; n<0; ń=0)

Це дуже загальний випадок, коли β фаза – рідка, (α+β)/β – границя у вигляді лінії “ліквідус”, а α/(α+β) – границя “солідус”. Остання – складна, визначена експериментально в результаті термічного аналізу лінія, тому що мікросегрегації і мала величина коефіцієнта дифузії у твердому стані запобігають точній оцінці температурної і концентраційної рівноваги під час кристалізації фази. Ці дані дають нам місце розташування ліній ізоактивності 1, 2, 3 та 4 у двох однофазних областях (рис.). Таким чином ми отримаємо ноди на перетині границь (α+β)/β з відповідними значеннями a_x^(y). Використовуючи (2) або (3), ми отримаємо значення n або ń (і Θ або Θ˙) для нахилених конод в двофазній (α+β) області. Точки, що нас цікавлять між конодою і відповідними лініями ізоактивності, у певній області дають нам місце границі α/(α+β).

ВИСНОВКИ. Отримані результати свідчать про можливість обчислення характеру фазових діаграм за допомогою модифікованого методу Хіллерта у координатах Скрейнемаккерса. При високотемпературному синтезі сплавів цей метод (один з небагатьох), дозволяє встановлювати активність компонентів на діаграмах стану із достатньою точністю і застосовувати отримані дані для корекції складу металотермічних шихт. Рівняння (2) дуже добре геометрично інтерпретується. Взаємозв’язки, які вдалося встановити, можуть дати основу для певних типів обчислення потрійних фазових діаграм при умові, що відома основна подвійна діаграма та деякі термодинамічні дані, які стосуються розподілу елементів сплаву за фазами. Результати цих розрахунків можуть використовуватись не тільки для високотемпературного дослідження сплавів, але і для визначення рушійної сили певних фазових перетворень, наприклад, графітизація залізовуглецевих сплавів.

Література:

1. Hillert M. On isoactivity lines//Acta metallurgica. − 1955. − №1. − Р. 34−37.

2. Жуков А.А. Геометрическая термодинамика сплавов железа. М.: Металлургия. 1971. − 272 с.

3. Жуков А.А., Рамани А.С., Жигуц Ю.Ю. Modifications of Hillert equation and their application in phase diagram computation//Металлофизика и новейшие технологи. М: − 1996. − т.18. − №7. − С. 70−80.

4. Жигуц Ю.Ю. Методика розрахунку характеру фазових діаграм стану сплавів з використанням координат Скрейнемакерса//Машинознавство. − Львів. − 2003. − №9. − С. 50−53.