Фазовые диаграммы

1.

Фазовые диаграммы
© С.В. Комогорцев

2.

Правило фаз Гиббса
dG = - SdT + V dP + mdN
Компоненты системы
Фазы системы

3.

Правило фаз Гиббса
dG = - SdT + V dP + mdN
Условие равновесия фаз
Число степеней свободы
f = n + 2- r

4.

Свободная энергия и фазовые
диаграммы материалов
G S = H S - S ST
G
G L = H L - S LT
GG = HG - SGT
S S < S L < SG
Tm
Solid
Liquid
Gas
Tb
T

5.

Однокомпонентные диаграммы
состояния (СО2)
dP
DS
=
dT
DV
dP
DH
=
dT
T DV

6.

Однокомпонентные диаграммы
состояния H2O

7.

Однокомпонентные диаграммы
состояния (углерод)

8.

Однокомпонентные диаграммы
состояния (железо)

9.

Диаграммы состояния
бинарных систем
AxB1-x
Атомные и массовые доли
xmass
xat
xmass
xmass
A
1 xmass
B
A xat
xat A 1 xat B

10.

Диаграммы состояния бинарных систем
Экспериментальное построение диаграммы
состояния по кривым охлаждения

11.

Количество диаграмм состояния
экспериментально построенных за период
1875 – 1950гг. От общего количества возможных
сочетаний из 100 химических элементов
100%
25%
0.25 %
0%
0.0015 %
е
е
е
ы
ы
н
ы
н
р
н
й
е
й
в
о
о
дв
ет
тр

12.

Геометрическая термодинамика
Механическая смесь
Непрерывный ряд
твердых растворов
Система с
ограниченной
растворимостью

13.

Геометрическая термодинамика
Правило натянутой нити

14.

Непрерывный ряд твердых
растворов

15.

Свободная энергия и фазовые диаграммы непрерывного ряда
твердых растворов
Solid
G
Liquid
G S = H S - S ST
G L = H L - S LT
T
Liquid
L
AxB1-x
A
состав (х )
B

16.

Свободная энергия и фазовые диаграммы непрерывного ряда
твердых растворов
Solid
G
Liquid
G S = H S - S ST
G L = H L - S LT
T
L
T1
AxB1-x
A
состав (х )
B

17.

Свободная энергия и фазовые диаграммы непрерывного ряда
твердых растворов
Solid
G
Liquid
G S = H S - S ST
G L = H L - S LT
T
T1
AxB1-x
L
A
S+L
состав (х )
S
T2
B

18.

Свободная энергия и фазовые диаграммы непрерывного ряда
твердых растворов
Solid
G
Liquid
G S = H S - S ST
G L = H L - S LT
T
T1
L
AxB1-x
T2
S+L
T3
S
A
состав (х )
B

19.

Правило отрезков (правило рычага)
G
x0 xL vL xS vS
T
L
S
T3
A
xL
состав (х )
xS
B

20.

Правило отрезков
(правило рычага)
x S x0
vL
xS x L
x0 xL vL xS vS
x0 x L
vS
xS x L
1 v L vS
T
L
x0 xL ~ vS
S
xS x0 ~ vL
T3
A
xL
состав (х )
xS
B

21.

Переход от непрерывного ряда растворов к
системе с ограниченной растворимостью

22.

Переход от
непрерывного
ряда растворов к
системе с
ограниченной
растворимостью

23.

Переход от непрерывного ряда растворов к
системе с ограниченной растворимостью
Cu Ni
Au Pt
Au Ni
Ni Pt
Cu Ag

24.

Эвтектика

25.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Эвтектика.

26.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Эвтектика.

27.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Эвтектика.

28.

Большинство противогололедных реагентов содержат в своем
составе соль. Это самый дешёвый и безопасный способ
решения проблем льда на дорогах.

29.

Фазовая диаграмма Sn-Pb

30.

Перитектика

31.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Перитектика.

32.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Перитектика.

33.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Перитектика.

34.

Перитектика в сплаве Au-Cr

35.

Диаграмма с
промежуточной фазой

36.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Диаграмма с промежуточной g фазой.

37.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Диаграмма с промежуточной g фазой.

38.

Свободная энергия и фазовые диаграммы бинарных систем с
ограниченной растворимостью. Диаграмма с промежуточной g фазой.

39.

Диаграмма Zr-C - диаграмма с промежуточной фазой

40.

Диаграмма Mg-Ca - диаграмма с промежуточной фазой

41.

Диаграмма Fe-Nb - диаграмма с несколькими
промежуточными фазами

42.

Виды трехфазных равновесий

43.

Диаграмма Fe-Ti

44.

Расчет фазовых диаграмм

45.

Расчет фазовых диаграмм на примере
сплава Та-W

46.

CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams)
метод расчёта фазовых диаграмм
Метод CALPHAD объединяет всю экспериментальную информацию о
фазовых равновесиях в системе и всю термодинамическую информацию,
полученную при проведении термохимических и теплофизических
исследований. Затем набор термодинамических свойств каждой фазы
описывается математической моделью, содержащей настраиваемые
параметры. Параметры вычисляются оптимизацией — подгонкой модели
под всю информацию, включая сосуществующие фазы. После этого
возможен пересчет фазовой диаграммы и термодинамических свойств
составляющих систему фаз. Концепция метода CALPHAD состоит как в
получении непротиворечивого описания фазовой диаграммы, так и в
достоверном предсказании множества стабильных фаз и их
термодинамических свойств в тех областях фазовой диаграммы, где
отсутствует экспериментальная информация, а также метастабильных
состояний путем моделирования фазовых превращений.
Коммерческие программные продукты
(FactSage, MTDATA, PANDAT, Thermo-Calc, NUCLEA/GEMINI и др.)

47.

Диаграммы состояния тройных
систем

48.

Определение состава тройного
сплава

49.

50.

51.

52.

Благодарю за внимание!