VII. Giản đồ trạng thái Fe – C: 1 Khái niệm giản đồ pha:
e – Quy tắc địn bẩy: Quy tắc địn bẩy cho phép xác đ nh tỉ lệ thành phần cấu tạo
1.2. Cơng dụng của giản đồ trạng thá
Giản đồ pha (cịn gọi là giản đồ trạng thái hay giản đồ cân b ng) của một hệ là cơng cụ để biểu th mối quan hệ giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng (t lệ) các pha (ho c tổ chức) của hệ đĩ ở trạng thái cân b ng. Các hệ cĩ giản đồ pha khác nhau và ch ng được xây dựng chỉ b ng thực nghiệm. Trong thực tế khơng cĩ hai giản đồ pha nào giống nhau hồn tồn v tương tác giữa các cấu t xảy ra rất phức tạp từ kiểu pha, các phản ứng cho đến nhiệt độ tạo thành. Hiện nay ngư i ta đã xây dựng được hầu hết các hệ hai cấu t giữa các kim loại, kim loại với á kim và các hệ ba cấu t thư ng g p rất thuận tiện cho việc tra cứu.
Hệ một cấu t khơng cĩ sự biến đổi thành phần n n giản đồ pha của nĩ chỉ cĩ một trục, tr n đĩ đánh dấu nhiệt độ chảy (kết tinh) và các nhiệt độ chuyển biến th h nh (nếu cĩ) như ở h nh 3.6 cho trư ng hợp của sắt.
Giản đồ pha hệ hai cấu t cĩ hai trục: trục tung biểu th nhiệt độ, trục hồnh biểu th
thành phần (thư ng theo % khối lượng) với những đư ng phân chia các khu vực pha theo các
nguy n tắc sau:
- Xen giữa hai khu vực một pha là khu vực hai pha tương ứng.
- Mỗi điểm tr n trục hồnh biểu th một thành phần xác đ nh củahệ.
Theo chiều từ trái sang phải t lệ cấu t B tăng l n, cịn từ phải sang trái t lệ của cấu t A tăng l n, hai đầu m t tương ứng với hai cấu t nguy n chất: A (trái), B (phải). Ví dụ tr n h nh 3.7 điểm C ứng với thành phần cĩ 30%B (t lệ của cấu t thứ hai là phần cịn lại, tức 70%A), điểm D: 80%B + 20%A.
- Đư ng thẳng đứng bất kỳ biểu th một thành phần xác đ nh nhưng ở các nhiệt độ khác nhau. Ví dụ đư ng thẳng đứng qua D biểu th sự thay đổi nhiệt độ của thành phần này
(80%B +20%A).
- Hai trục tung chính là giản đồ pha của từng cấu t tương ứng (trái - A, phải - B).
Do được biểu th tr n m t phẳng một cách chính xác n n từ giản đồ pha của hệ hai cấu t dễ dàng xác đ nh được các thơng số sau đây cho một thành phần xác đ nh ở nhiệt độ nào đĩ.
•Các pha tồn tại. Căn cứ vào điểm nhiệt độ - thành phần đã cho (tạm gọi là tọa độ) n m trong v ng nào của giản đồ pha sẽ cĩ tổ chức pha tương ứng với v ng đĩ: n m ở v ng một pha, hợp kim cĩ tổ chức một pha; n m trong v ng hai pha - cĩ tổ chức hai pha.
•Thành phần pha. Nếu tọa độ n m trong v ng một pha th thành phần của pha cấu
tạo n n hợp kim b ng chính thành phần của hợp kim đã chọn. Khi tọa độ n m trong v ng hai pha việc xác đ nh cĩ phức tạp hơn: kẻ đư ng n m ngang (đẳng nhiệt) qua tọa độ này, hai giao điểm của nĩ với hai đư ng bi n giới với hai v ng một pha gần nhất sẽ chỉ r thành phần của
từng pha tươngứng.
•T lệ (về số lượng) giữa các pha ho c tổ chức. Tiếp theo cĩ thể xác đ nh được t lệ giữa ch ng nh quy tắc địn bẩy hay cánh tay địn theo nguy n tắc sau: ba điểm tr n (tọa độ và hai pha) tạo n n hai đoạn thẳng mà độ dài của mỗi đoạn biểu th t lệ tương đối của pha đối diện trong hợp kim, hay một cách đơn giản:
lượng pha trái độ dài đoạn thẳng phải (địn b n phải)
=
lượng pha phải độ dài đoạn thẳng trái (địn b n trái)
giống như sự cân b ng của địn bẩy
lượng pha trái x địn trái = lượng pha phải x địn phải
•Suy đốn tính chất của hợp kim.
Theo quy tắc kết hợp th tính chất của hợp kim Phk là tổng hợp tính chất của từng pha Ppha theo t lệ bậcnhất
Ngồi ra từ giản đồ pha của hệ hai cấu t cũng biết được:
•Nhiệt độ chảy (kết tinh): thư ng hợp kim nĩng chảy (kết tinh) trong một khoảng
nhiệt độ (bắt đầu và kết th c) tương ứng với hai đư ng chạy ngang suốt giản đồ, đư ng chạy ngang tr n được gọi là đư ng lỏng- liquidus (ở cao hơn đư ng này hợp kim hồn tồn ở trạng thái lỏng), đư ng ngang sát ở dưới được gọi là đư ng rắn (hay đư ng đ c) - solidus (ở thấp hơn đư ng này hợp kim hồn tồn ở trạng thái rắn).
•Các chuyển biến pha. Sự xuất hiện ho c biến mất của các pha (khi nung và khi
nguội chậm) cũng như nhiệt độ xảy ra, tương ứng với các đư ng ở dưới đư ng đ c.
•Dự đốn các tổ chức tạo thành ở trạng thái khơng cân b ng (khi nguội nhanh). V vậy giản đồ pha là căn cứ khơng thể thiếu khi nghi n cứu các hệ hợp kim. Giản đồ pha hai cấu t của các hệ thực tế cĩ loại rất phức tạp, song d phức tạp đến bao nhi u cũng cĩ thể coi như gồm nhiều giản đồ cơ bản gộp lại. Dưới đây khảo sát một số dạng thư ng g p trong các giản đồ đĩ mà các cấu t đều hịa tan vơ hạn vào nhau ở trạng thái lỏng, song khác nhau về tương tác ở trạng thái rắn với vận dụng xác đ nh các thơng tin tr n cho các trư ng hợp cụ thể.