KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

6. FAASIDIAGRAMMID JA SULAMITE MIKROSTRUKTUUR
6.1 Faasidiagrammi mõiste
Faasidiagramm (olekudiagramm) näitab, millises olekus on süsteem (materjal) antud tingimustel
(temperatuur, rõhk, koostis).
Puhta aine faasidiagramm on kahemõõtmeline kujutis. Näiteks vee olekudiagramm (joon 6-1).
Jooned diagrammil eraldavad piirkondi, kus esinevad erinevad faasid (gaasiline, vedel, tahke).
Joontel esinevad tasakaalus kaks faasi. Kolme joone kokkupuutepunktis (kolmikpunktis) esinevad
koos kolm faasi. Iga punkt diagrammil (figuratiivne punkt) vastab kindlatele parameetrite
väärtustele, antud juhul rõhu ja temperatuuri väärtustele.
Tahkeid faase võib olla rohkem kui üks – polümorfism.
Veel on suurtel rõhkudel mitu kristallmodifikatsiooni.
Raual on sõltuvalt temperatuurist 3 modifikatsiooni: α, γ ja δ (joon 6-2).
Kui esinevad koos mitu faasi (joontel ja kolmikpunktides), siis on süsteem heterogeenne.
Faasi mõiste: heterogeense materjali homogeenne osa. Faasid on eraldatud pinnaga, millest
läbiminekul muutuvad materjali omadused hüppeliselt.
Kahekomponendilise (binaarse) süsteemi täielik faasidiagramm on kolmemõõtmeline (ruumiline)
kujutis koordinaatides rõhk – temperatuur – koostis. Selle lõige ühe parameetri konstantsusel on
kahemõõtmeline diagramm. Vaatleme binaarsete süsteemide faasidiagramme püsival rõhul, so
diagramme T – X (X – koostis).
Faasidiagrammi kuju sõltub sellest, millised faasid tekivad süsteemis tahkes olekus, vedelas olekus
on tavaliselt üks faas – homogeenne vedelik. Peamised on 4 varianti (joon 6-3): 1)komponentide A
ja B mehaaniline segu; 2)tahke lahuse (α) tekkimine; 3)kahe tahke lahuse (α ja β) tekkimine, mis
moodustavad mehaanilise segu; 4)keemilise ühendi (A x B y ) tekkimine.
6.2 Binaarsed isomorfsed sulamid
Isomorfne sulam on selline, kus tekib üks tahke lahus, näiteks Cu – Ni (joon 6-4)
Solidusjoon (tahke aine joon) – sulamistemperatuuri sõltuvus koostisest.
Likvidusjoon (vedelikujoon) – sulamisel tekkiva vedeliku koostis.
Diagrammilt saab leida antud tingimuste (figuratiivse punkti) jaoks:
1) millised faasid esinevad (näit sulam, mis sisaldab 53% Ni temperatuuril 1300 0 C on osaliselt vedel
(L) ja osaliselt tahke lahusena (α);
2) milline on nende faaside koostis (sama punkti korral sisaldab vedelik 45% Ni ja tahke lahus 58%
Ni);
3) milline on faaside suhteline hulk. Seda võimaldab nn kangi reegel:
m L 58 − 53 5
= =
mα
53 − 45 8
Joonisel 6-5 on näidatud, kuidas muutuvad tasakaalulise kristallisatsiooni korral vedela ja tahke
faasi koostised ning milline on saadud sulami mikrostruktuur. Tasakaaluline kristallisatsioon toimub
ainult lõpmata aeglase jahutamise korral, kui tekkiva tahke lahuse koostis jõuab ühtlustuda
(difusiooni teel). Reaalne kristallisatsioon on alati mittetasakaaluline (difusioon tahkes faasis on
23