Курсовая работа по дисциплине «Термодинамика в материаловедении» на тему: «Термодинамический анализ фазовых равновесий в двухкомпонентной системе с полиморфным компонентом A, конгруэнтно плавящимся соединением AB и инконгруэнтно плавящимся соединением AB3» (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО

Кафедра «Материаловедение и технология обработки материалов»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Термодинамика в материаловедении»

на тему: «Термодинамический анализ фазовых равновесий в двухкомпонентной системе с полиморфным компонентом A, конгруэнтно плавящимся соединением AB  и инконгруэнтно плавящимся соединением AB3»

Выполнил:

  Группа: 4МТМ-3ДБ-019

  Проверил: Дзунович..

Москва-2010

Содержание:

Характеристика фаз системы. Нонвариантные равновесия …………………..  5
Построение диаграммы состояния системы А-В ………………………………..  6

Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию атомов компонента В ………………………………………......6 Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию (по массе) компонента В  …………………………………….10

Термодинамический анализ однокомпонентных систем ……………………….12

Изменение свободных энергий Гиббса, в зависимости от

температуры, фаз компонента A  ………………………………………………12

Изменение свободных энергий Гиббса, в зависимости от

температуры, фаз компонента B ……………………………………………… 14

Термодинамический анализ фазовых равновесий в двухкомпонентной

системе А-В при температурах 400°, 670°, 900° …………………………………. 16

Построение концентрационной зависимости свободной

энергии Гиббса для системы А-В при температуре 900° ……………….  17

Построение концентрационной зависимости свободной

энергии Гиббса для системы А-В при температуре 670° ……………….. 19

Построение концентрационной зависимости свободной

энергии Гиббса для системы А-В при температуре 400° ………………...21

Анализ фазовых превращений и определение количества фаз и структурных составляющих ………………………………………………………………………...23

Кристаллизация и расчёт количества фаз и структурных

составляющих сплава X1(12%B) ……..……………………………………..23

Кристаллизация и расчёт количества фаз и структурных

составляющих сплава X2(79%B) …………………………………………..  26

Кристаллизация и расчёт количества фаз и структурных

составляющих сплава X3(93%B) …………………………………………..  30

6. Построение графических зависимостей изменения относительного количества фаз и процентного содержания компонента В в фазах от температуры при охлаждении сплава 12 % (по массе) В из жидкого состояния …………………..33

Построение зависимости изменения относительного

количества фаз сплава, содержащего 12 % (по массе)

компонента В, в зависимости от температуры …………………………. 33

Построение зависимости изменения процентного содержания компонента В в фазах сплава, содержащего 12 % (по массе)

компонента В, в зависимости от температуры …………………………..36

7. Список литературы…………………………………………………………………….39

1 Характеристика фаз и компонентов системы. Нонвариантные равновесия

Данная двухкомпонентная система А-В состоит из двух компонентов:

A – полиморфный компонент с температурой плавления 1400°С и полиморфным превращением при температуре 900°С;

B – изоморфный компонент с температурой плавления 300°С;

Данная двухкомпонентная система А-В состоит из шести основных фаз:

L – жидкий раствор компонента А и В друг в друге с неограниченной растворимостью;

α - твердый раствор на основе низкотемпературной модификации компонента А; предельная растворимость компонента B в компоненте A

г – твердый раствор на основе высокотемпературной модификации компонента B в компонете A;

АВ - промежуточная конгруэнтно плавящаяся фаза постоянного состава;

АВ3 - промежуточная инконгруэнтно плавящаяся фаза переменного состава

β – твердый раствор компонента А на основе компонета В ;

Нонвариантные равновесия:

1) Эвтектическое нонвариантное равновесие:

       Температура эвтектического нонвариантного равновесия 550°С

       Эвтектическая реакция:

2) Перитектические нонвариантные равновесия:

       Температура перитектического нонвариантного равновесия 700°С        

Перитектическая реакция:

Температура перитектического нонвариантного равновесия 400°С        

Перитектическая реакция:

3) Метатектическое нонвариантное равновесие:

Температура метатектического нонвариантного равновесия 650°С

       Метатектическая реакция:

2 Построение диаграммы состояния системы А-В.

(в % атомных компонента В и % (по массе) компонента В)

       Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию атомов компонента В:

Выбираем масштаб для построения диаграммы:

- по оси абсцисс откладываем количество компонента В в процентах (от 0% до 100%);

- по оси ординат откладываем температуру в градусах Цельсия, начиная от 0°С;

Наносим температуру плавления полиморфного компонента А (1400°С), температуру его полиморфного превращения (900°С) и температуру плавления изоморфного компонента В (300°С); Найдем и нанесем на диаграмму процентное содержание атомов компонента В в инконгруэнтно плавящихся соединениях постоянного состава АВ и АВ3:

- для фазы АВ процентное содержание атомов компонента В составляет 50 атомных %;

- для фазы АВ3 процентное содержание атомов компонента В составляет 75 атомных %;

Проводим изотермы, соответствующие четырем нонвариантным равновесиям и наносим на них точки, соответствующие составу фаз нонвариантных равновесий, описанных в пункте 1; Наносим область гомогенности д (твердого раствора на основе соединения АВ2). Максимальная протяжённость данной области по условию составляет 8 атомных % В. Соединяем линией ликвидуса точку А′, заданную температурой плавления полиморфного компонента А (1400°С), соответствующую фазовому составу 0 атомных % компонента В, точку на линии метатектического нонвариантного равновесия  (20 атомных % компонента В) при температуре 650°С, точку на линии перитектического нонвариантного равновесия  (40 атомных % компонента В) при температуре 550°С, точку, соответствующую эвтектическому нонвариантному равновесию (75 атомных % компонента В) при температуре 400°С, соответствующую соединению AB3 (50 атомных % B) при температуре 700°С, точку на линии перитектического нонвариантного равновесия p2 (90 атомных % компонента В) Соединяем линией трансуса точку полиморфного превращения компонента А - , определяемую температурой полиморфного превращения компонента А (1400°С) и фазовым составом равным 0 атомных % компонента В с точками метатектического нонвариантного равновесия при температуре 650°С и составами, соответствующими 5 атомным % компонента В –  и 13 атомным % компонента В ; Линией солидуса соединяем точку заданную температурой плавления полиморфного компонента A (1400°С) с фазовым составом 0 атомных % компонента В – A′  на линии метатектического нонвариантного равновесия (700°С) с фазовым составом компонента В равным 13 атомных %;

Линией солидуса соединяем точку a1 на линии перитектического нонвариантного равновесия (650°С) с фазовым составом 10 атомных % компонента В с точкой a2 на линии перитектического нонвариантного равновесия (550°С) с фазовым составом компонента В равным 10 атомных %;

Линией солидуса соединяем соответствующую соединению AB (50 атомных % B) при температуре 1500°С  линии эвтектического нонвариантного равновесия (550°С) с фазовым составом компонента В равным 50 атомных % и точкой a3 на линии перитектического нонвариантного равновесия (700°С) с фазовым составом компонента B равным 75 атомных %;

Линией солидуса соединяем на линии перитектического нонвариантного равновесия (700°С) с фазовым составом 82 атомных % компонента В с точкой В′, заданную температурой плавления изоморфного компонента В (300°С), соответствующую фазовому составу 100 атомных % компонента В; Линией сольвуса соединяем точку  на линии перитектического нонвариантного равновесия (400°С) с фазовым составом 13 атомных % компонента В с точкой, определяемую фазовым составом компонента В равным 1 атомных % при температуре 0°С;

Построим диаграмму состояния системы А-В по процентному содержанию атомов компонента В (Рис. 1).

Рис1

Построение диаграммы состояния системы А-В по процентному содержанию (по массе) компонента В:

Построим диаграмму с учетом пересчета всех точек из % атомных компонента В в процент (по массе) компонента В. Построение произведем исходя из результатов, занесенных в таблицу 1.

Таблица 1.

Пересчет из % атомных компонента В в % (по массе) компонента В.

В % ат. B	2	10	13	23	32	38	50	75	82	87	94	99
В % (по массе) В	2	11	14	25	33	41	53	78	84	89	95	99

Для пересчета использовались следующие формулы и данные:

       - формула перевода:

        ,