Металдардың Фазалық өзгерістер

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны
1.Кіріспе

1. Металдардың фазалық құрамы мен құрылысының қалыптасуы_____3

2.Негізгі мазмұн

2.1 Металдағы фазалық өзгерістер_________________________ ______5

2.2 Гиббс ережелері__________________________ __________________7

2.3 Металдардың кристалдануы_______________________ ___________9

2.3.1 Кристалдану процесі____________________________ ___________10

3. Қорытынды__________________________ _______________________12

4.Қосымшалар_______________________ _________________________13

5.Глоссарий________________________ ___________________________16

6.Әдебиеттер тізімі_____________________________ ________________17

Кіріспе

Металдардың фазалық құрамы мен құрылысының қалыптасуы

Жалпы металдар мен қорытпалардың фазалық құрамы мен құрылысы-
олардың температура мен қысымға байланысты жүретін түрлі фазалық
өзгерістер нәтижесінде қалыптасады. Сонымен бірге, олардың фазалық
құрамы мен құрылысы термиялық өңдеу үшін қыздырғанда, суық немесе
ыстық күйде қысыммен өңдегенде және суық деформациядан кейін қайта
қыздырганда өзгереді. Төменде металл құрылысының қалыптасуы- оларда
жүретін өзгерістерге, температураға деформация дәрежесіне байланысты
қарастырылады.

Физикалық химия мен термодинамикада таза металдар - бір
комконентті, ал қорытпалар - екі, үш және көп компонентті системалар
ретінде қарастырылады. Системаның химиялық және физикалық тұрғыдан
біртекті, шекара бетімен шектелген бөлігін - фаза деп атайды. Кез
келген термодинамикалық системаны толық білу үшін, оның фазалық
күйін химиялық және физикалық тұрғыдан сипаттай білу керек.

Химия тұрғыдан системаның фазалық күйі оның құрамына
кіретін фазалардың санымен , олардың химиялық құрамы және
салыстырмалы шамалармен анықталады . Фазалардың химиялық құрамы оларға
кіретін барлық қарапайым элменттердің (компонентердің)
концентрацияларымен анықталады .Компоненттердің концентрациясына олардың
атомдық үлестері немесе атомдық, салмақтық проценттері алынады. Ал
фазалардың салыстырмалы шамалары деп – олардың микрокристалдардың
металлографиялық үлгінің бет ауданының (көлемінің) бір бөлігіне
келетін орташа өлшемін айтады. Кристалдардың орташа өлшемі ретінде
олардың орташа диаметрін, көлденең қимасының ауданын немесе бет
ауданының 1 см2 келетін кристалдардың санын алады. Системаның
фазалық күйін толық сипаттау үшін фазалық тепе- теңдік диаграмасын
жақсы білу керек.

Термодинамикалық системаның фазалық күйін физикалық тұрғыдан
толық сипаттау үшін оның құрамындағы барлық фазаның атомдық-
кристалдық құрылысын білу керек . Фазалардың атомдық- кристалдық
құрылысы дифракциялық (рентгенография, электронография, нейтронография)
әдістердің көмегімен зерттеледі. Фазалық күй диаграммасын тұрғызғанда
фазалардың құрылысын алдын ала білу міндетті емес .

Термодинамикалық системаның фазалық күйі температураға,
қысымға және ішкі параметтрлерге (барлық фазалардағы компоненттер
санына ) байланысты.

Физикалық химия курсынан белгілі Гиббстің фазалар ережесіне
сәйкес системаға әсер ететін тәуелсіз айнымалы шамалар саны (С)
фазалардың (Ф), компонеттердің (К) және сыртқы параметрлердің (П)
санымен анықталады. Тәуелсіз айнымалы шамалардың саны (С) –
системаның еркіндік дәрежесі деп аталады.

Көп жағдайда сыртқы тәуелсіз параметрлерге температура (Т) және
қысым (Р) жатады. Мұндай системалар үшін П-2 . Егер системаға тағы
да , мысалы сыртқы айнымалы өрістер (магнит, электр,
гравитациялық, серпімділік өрістері) әсер етсе, онда П=3. 4 т.с.с.
Системаның ішкі параметрлеріне барлық фазалардағы компоненттердің
концентрациялары жатады . Әр фазадағы компоненттердің жалпы шамасын
100%-ке тең деп алатындықтан , кез келген фазадағы белгісіз
канцентрациялар саны (К1), ал системаға кіретін барлық фазалардағы
белгісіз , бір- бірінен тәуелсіз өзгере алатын концентрациялар саны
Ф(К-1). Сонымен жапы белгісіз параметрлер саны П=Ф(К-1)+2
системаның еркіндік дәрежесін (С) табу үшін , ондағы фалардың
физика-химиялық байланыста болатынын ескеру керек. Ол үшін фазалар
арасындағы тепе-теңдік шарттарын көрсететін математикалық
теңдіктердің санын білу қажет . Екі фаза бір-бірімен тепе-теңдікте
болуы үшін, олардың құрамындағы кез келген компоненттің сол
фазалардағы химиялық потенциалдары тең болулары керек (Мі1=Мі2).
Мұндай тепе-теңдік шарттарының системадағы жалпы саны Т=К(Ф-1).
Сонымен, системаның еркіндік дәрежесі немесе тәуелсіз айнымалы
шамаларының саны (тең болады):

С=П-Т=Ф(К-1)+2-К(Ф-1)=К-Ф+2.

Металлургиялық процестер әдетте тұрақты атмосфералық қысымда
жүреді. Сондықтан , сұйық және қатты металдар үшін фазалар ережесі
жазылу түрі:

С=К-Ф+1.

Бүл- теңдік фазалар ережесі деп аталады.

Металдардың Фазалық өзгерістер

.Таза металдар басқа заттар сияқты температура мен қысымға
байланысты өздерінің агрегаттық күйін өзгертіп , газ тәрізді, сұйық
және қатты күйде бола алады. Сонымен бірге қатты металдарда
аллотропиялық және магниттік өзгерістер жүруі мүмкін. Фазалық
өзгерістер кезінде металдарда орын алатын фазалық тепе- теңдіктер:
ПарLсұйық; LSқатты; аsbs; парамагниттік металл ферромагнитті
металл (бір металдың магнитсіз және магнитті күйін екі фазалық
күйі деп қарастырсақ).Мұндай бір компонентті системалардағы екі
фазалы тепе- теңдіктер үшін еркіндік дәрежесі

С=1 – 2 + 1 = 0.Сондықтан, жоғарыда көрсетілген фазалық өзгерістердің
әрқайсысы өзіндік бір, тұрақты температурада жүреді . Фазалық өзгеріс
аяқталмай , металдың температусын немесе басқа сыртқы параметрлерді
өзгертсе,онда фазалық тепе-теңдік бұзылады да, системаның фазалық
күйі өзгереді. Түсінікті болу үшін тағы бір мысал: екі компонентті
қорытпалар кристалданғанда (Lа) С= 2 – 2 + 1 = 1. Система бір
вариантты , демек бір тәуелсіз парамерді (температураны және
концентрациясы) белгілі бір аралықта өзгерткенде, системаның фазалық
күйі (Lа) өзгермейді. Егер екі компоненті системада фаза тепе-
теңдікте болса ,мысалы L(а+б), онда С= 2 – 3 + 1 = 0. Мұндай система
вариантсыз деп есептеледі. Система вариантсыз. Басқа көп компонентті
қорытпалар үшін фазалар ережесін қолдану кейінгі тарауларда
қарастырылады.

Металдар мен қорытпалар фазалық күйінің температураға ,
қысымға және олардың химиялық құрамына байланыстылығы өте ыңғайлы,
көрнекті график түріндегі ғылыми документ- фазалық күй
диаграмаларының көмегімен көрсетіледі. Олар –фазалық тепе- теңдік
диаграммалары деп те аталады. Таза металдардың фазалық күй
диаграммары температура-қысым координаттарында тұрғызылған жазық
диаграммаларға жатады.(1а-суретте) бір компонентті системадағы фазалық
тепе-теңдіктер диаграммасы көрсетілген. Диаграмманың ВОС сызығынан
төменгі бөлігіне газ тәрізді металл (г), ал АОС бөлігінде- сұйық (L)
және АОВ бөлігінде қатты (s) металл тұрақты болады. ОС,ОВ және ОА
сызықтары екі фазалы LГ, SГ және SL тепе- теңдіктерді
көрсетеді. Металды қыздырғанда (суытқанда) немесе күш еткенде осы
сызықтарға сәйкес температуралар мен қысымдарда фазалық өзгерістер
орын алады. О нүктесі- үштік нүкте деп аталады. Бұл нүктеге сәйкес
келетін қысым (Р0) мен температурада (Т0) үш фаза бірдей тепе-
теңдікте болады: L S Г.

Қатты күйде аллотропиялық өзгерісі бар металдардың фазалық күй
диаграммасында бірнеше үштік нүктелер болады. Өйткені, бір
компонентті системада тепе-теңдікте болатын фазалардың саны үштен
артық бола алмайды. Тек бір үштік нүкте сұйық, қатты және газ
тәрізді фазалардың тепе-теңдігіне сәйкес келеді. Қалған үштік
нүктелер газбен металдың басқа екі аллотропиялық түрлерінің
арасындағы тепе –теңдіктерді көрсетеді. Мысал ретінде 1б- суретте
таза темірдің тәжірибе жүзінде тұрғызылған фазалық күй диаграммасы
көрсетілген.

1-Сурет

а)

б)

а-таза металдың фазалық күй диаграммасы

б-таза темірдің фазалық күй диаграммасы

Фазалар ережесі

Гиббстың фазалар ережесі күй диаграммасының дұрыстығы мен
заттардың кристалдану процесін түсіндіреді.

Фазалар ережесін бастаудан бұрын металл тану ғылымында
қолданатын бірнеше терминге анықтама берейік . Белгілі бір
температура, қысым жағдайында белгілі бір көлемге ие болатын қатты,
сұйық, газ күйіндегі заттар (фазалар) жиынтығын система деп атайды.
Ал система қарапайым және күрделі , біртекті (гомогенді) және әр
текті (гетерогенді) болып екіге бөлінеді. Системаны құрайтын
элементтер немесе тәуелсіз химиялық қосылыстар құраушылар деп
аталады. Әр текті системаның белгілі бір шекарамен шектелген
біртекті бөлігін фаза деп атайды. Мәселен , 2730 К (00) температура
кезінде , белгілі бір атмосфералық қысымда беті жабық ыдыстың
ішінде мұз кесектері мен су бар делік. Ыдыстың беті жабық
болғандықтан су деңгейінің жоғары жағында су буы болады. Система-
әр текті (гетерогенді ) үш фазалы, күрделі система болсын. Система
фазалары : су- сұйық фаза, мұз – қатты фаза және су буы –газ
тәрізді фаза. Фазалар ережесі тепе –теңдік күйіндегі системаның
құраушылары мен фазаларының арасындағы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.