1.3 Термический метод анализа

Термический метод анализа металлов и сплавов имеет большое значение в металловедении. Все диаграммы состояния двойных, тройных и более сложных систем построены с помощью этого метода. Термический метод базируется на построении кривых нагревания или охлаждения в координатах «температура - время» - наиболее распространенный в металловедении метод построения диаграмм состояния на основе кривых охлаждения.

Так как фазовые превращения в металлах и сплавах сопровождаются тепловыми эффектами, на кривых охлаждения можно наблюдать либо остановки (площадки) - тогда фазовые превращения происходят при постоянных температурах, либо перегибы за счет изменения скорости охлаждения - тогда фазовые превращения протекают в интервале температур.

Температуры начала и конца фазовых превращений, которые определяются по кривым охлаждения, называются критическими и соответствующие им точки на кривых охлаждения - критическими точками.

При изучении термических кривых следует обратить внимание на различия между аллотропическим и магнитным превращением. Аллотропическое превращение связано с изменением кристаллической решетки и переходом одной кристаллической модификации в другую. Это фазовое превращение первого рода. Магнитное превращение не связано с перемещением атомов - это превращение второго рода.

Превращения в твердом состоянии, связанные с перестройкой кристаллической решетки, сопровождаются при охлаждении выделением тепла, а при нагревании - поглощением его.

При аллотропическом равновесии и -модификаций чистого железа имеется нонвариантное равновесие. Согласно правилу фаз Гиббса число степеней свободы, т.е. вариантность термодинамической системы, определяется числом компонентов, фаз и внешних переменных (температура, давление):

С = К + П - Ф,

где С - число степеней свободы (число внешних и внутренних факторов равновесия) системы или ее вариантность; К - число компонентов, образующих систему; П - число внешних переменных; Ф - число фаз, находящихся в равновесии.

При постоянном атмосферном давлении, т.е. в изобарических условиях, число внешних переменных равно единице (температура), и уравнение принимает вид:

С = К - Ф +

При аллотропическом равновесии двух модификаций чистого железа (один компонент) число степеней свободы равно нулю:

С = 1 + 1 - 2 = 0.

В железе наблюдаются два аллотропических превращения, осуществляющихся по диффузионному механизму. На кривых охлаждения и нагревания железа при аллотропических (полиморфных) превращениях наблюдаются температурные остановки. Кривая охлаждения железа представлена на рисунке 3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Впервые критические точки железа были определены в 1868 г. Д.К. Черновым по цвету каления железа, изменению объема, пластичности и другим свойствам.

Критические точки фазовых превращений принято обозначать латинской буквой А (от французского слова arret - остановка) с индексом в виде цифры. Чем ниже температура критической точки, тем меньше цифра. Для различения критических точек при нагревании и охлаждении к их обозначению добавляют индекс «с» или «r» соответственно (например, Ас1, Аr3). В обозначении используют начальные буквы французских слов chauffe - нагрев и refroidissement - охлаждение.

В таблице приведены обозначения критических точек чистого железа.

Критические точки чистого железа

железо аллотропия модификация охлаждение

Для понимания принципа обозначения критических точек в таблицу включены:

– критическая точка эвтектоидного равновесия сплава железа с углеродом (t = 727єС);

– критическая точка магнитного превращения цементита (t = 210єС).

Согласно общей теории кристаллизации температура фазовых переходов при нагреве выше, чем при охлаждении. Температура аллотропических превращений при нагреве выше, чем при охлаждении: А_с1 > A_r1 и A_c3 > A_r3.

Этот температурный (термический) гистерезис относится только к полиморфным превращениям, при которых происходит перестройка кристаллической решетки.

Температуры магнитных превращений А₀ и А₂ не имеют термического гистерезиса.