نمودارهای فازی و دگرگونیها
نمودارهای فازی نشان میدهند که کدام فازهای جامد، مایع و گازی به عنوان تابعی از ترکیب و دما پایدار هستند، و دگرگونیهای فازی چگونگی حرکت یک ماده بین این فازها را توصیف میکنند.
Definition
نمودار فازی یک نمایش گرافیکی از فازهای ترمودینامیکی پایدار یک سیستم به عنوان تابعی از ترکیب، دما و فشار است؛ دگرگونی فازی فرآیندی است که توسط ترمودینامیک و سینتیک کنترل میشود و طی آن یک ماده از یک فاز یا ریزساختار به دیگری تغییر میکند.
Scope
این مبحث نمودارهای فازی تعادلی را پوشش میدهد که برای پیشبینی فازهای موجود در یک ماده در ترکیب و دمای معین — سیستمهای یوتکتیک، پرتکتیک و محلول جامد — به همراه قانون اهرم و قانون فاز گیبس که آنها را تفسیر میکنند، استفاده میشوند. همچنین به سینتیک دگرگونی: هستهزایی و رشد، دگرگونیهای نفوذی در مقابل بدون نفوذ (مارتنزیتی)، و چگونگی کنترل مسیر سرد شدن بر ریزساختار واقعی که تشکیل میشود، میپردازد.
Core questions
- کدام فازها در ترکیب و دمای معین پایدار هستند؟
- قانون اهرم و قانون فاز چگونه مقادیر فاز و درجات آزادی را کمی میکنند؟
- چه چیزی رفتار یوتکتیک، پرتکتیک و محلول جامد را متمایز میکند؟
- سینتیک هستهزایی و رشد چگونه ریزساختار حاصل از سرد شدن را تعیین میکند؟
Key concepts
- قانون فاز گیبس
- قانون اهرم
- واکنشهای یوتکتیک و پرتکتیک
- محلولهای جامد
- هستهزایی و رشد
- دگرگونی مارتنزیتی
Key theories
- نمودارهای فازی تعادلی و قانون فاز
- قانون فاز گیبس تعداد فازهای همزیست را به درجات آزادی ترکیب و دما مرتبط میکند؛ نمودارهای فازی دوتایی این را رمزگذاری میکنند، و قانون اهرم مقادیر نسبی فازهای همزیست را در یک نقطه معین نشان میدهد.
- هستهزایی، رشد و سینتیک دگرگونی
- تغییر فاز نیازمند هستهزایی فاز جدید در برابر یک مانع انرژی سطحی و سپس رشد نفوذی است؛ رقابت بین نیروی محرکه ترمودینامیکی و تحرک اتمی، نرخ دگرگونی و از طریق مسیر سرد شدن، ریزساختار نهایی را تعیین میکند.
Mechanisms
دگرگونیهای نفوذی با هستهزایی یک فاز جدید و رشد اتم به اتم در سراسر یک رابط متحرک پیش میروند که نیازمند نفوذ طولانیمدت است؛ دگرگونیهای بدون نفوذ (مارتنزیتی) با برش هماهنگ شبکه بدون تغییر ترکیب پیش میروند که تقریباً بلافاصله در زیر یک دمای بحرانی رخ میدهند.
Clinical relevance
نمودارهای فازی نقشههای کاری فرآیندهای مواد هستند: آنها عملیات حرارتی آلیاژها و سرامیکها را هدایت میکنند، رفتار پخت سیستمهای اکسیدی و شیشهای را پیشبینی میکنند، و توضیح میدهند که چرا سرد کردن کنترلشده ریزساختارهای سخت یا نرم، شکننده یا چقرمه را از همان ترکیب تولید میکند.
History
قانون فاز گیبس در دهه ۱۸۷۰ مبنای ترمودینامیکی را برای پیشبینی تعداد فازهایی که میتوانند همزیستی داشته باشند، فراهم کرد. روزبوم و دیگران آن را به صورت تجربی برای ساخت نمودارهای فازی در حدود سال ۱۹۰۰ به کار بردند، و کارهای قرن بیستم در مورد نظریه هستهزایی و سینتیک دگرگونی بعد زمان را اضافه کرد و نمودارهای تعادلی را به ریزساختارهایی که واقعاً در فرآیند تولید میشوند، مرتبط ساخت.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Hendrik Roozeboom
Related topics
Seminal works
- callister2018
- porter2009
Frequently asked questions
- نقطه یوتکتیک چیست؟
- نقطه یوتکتیک ترکیب و دمایی است که در آن یک مایع مستقیماً در هنگام سرد شدن به مخلوطی از دو فاز جامد تبدیل میشود. این پایینترین نقطه ذوب در سیستم است و یک ریزساختار دو فازی ریز مشخصه تولید میکند.
- چرا یک نمودار فازی ممکن است در پیشبینی ریزساختاری که واقعاً به دست میآورید، شکست بخورد؟
- یک نمودار فازی فازهای تعادلی را نشان میدهد، اما رسیدن به تعادل نیازمند زمان کافی و تحرک اتمی است. سرد شدن سریع میتواند نفوذ را سرکوب کرده و ریزساختارهای شبهپایدار یا غیرتعادلی را به دام اندازد، بنابراین سینتیک، نه فقط ترمودینامیک، نتیجه واقعی را تعیین میکند.