Constitutia fazica in materiale

Curs 3 SMTTTC

! In materialele pure, atomii se deplaseaza la intamplare chiar si cand nu se aplica forte externe.

Difuzia in materiale1.Introducere

Mecanismele difuziei

Vacante

Interstitial

Internoduri

Schimb

Inelara

Energia de activare pentru difuzie In timpul difuziei un atom are nevoie de energie pentru a comprima sau deforma reteaua prin actiunea sa asupra vecinilor pentru a trece in noua sa pozitie .

! Atomul are initial o energie mai mica si o pozitie bine

stabilita iar pentru a se muta are nevoie de o energie de activare Q pe care o primeste prin incalzire.

Variatia energiei in cazul difuziei vacantelor si a atomilor interstitiali.

Q_difuzie prin interstitiali < Q_difuzie prin vacante

Prima lege a lui Fick Prima lege a lui Fick descrie viteza cu care se produce difuzia. Viteza cu care atomii se raspandesc intr-un material poate fi masurata prin fluxul J, care este definit ca numarul de atomi care strabate, in unitatea de timp, o suprafata egala cu unitatea.Fluxul net este:

J =fluxul de atomi (atomi/ cm2),D = coeficientul de difuzie (cm2/s),Δc/Δx = gradientul de concentratie (atomi/cm3*cm)

Gradientul de concentratie:-exprima variatia cu distanta a compozitiei materialului: Δc este diferenta in concentratie pe distanta Δx.

Ilustrarea gradientului de concentratie

Coeficientul de difuzie:

D=D0exp (-Q/RT), unde:

Q=energia de activare (cal/mol); R=constatnta de gaz (R=1,987 cal.mol˚C) T=temperatura absoluta (K); D0=constanta pentru un sistem de

difuzie dat.

unde:

Legea a II-a a lui FickModificarea concentratiei in timp este descrisa de legea a II-a a lui Fick, printr-o ecuatie diferentiala de forma:

Una din consecintele celei de a II-a legi a lui Fick este ca acelasi profil de concentratie poate fi obtinut pentru conditii diferite, atunci cand termenul Dt este constant. Aceasta permite sa se determine efectul temperaturii asupra timpului necesar pentru a fi realizat un anumit tratament termic.

O solutie este:

, unde:

Cs=concentratia constanta a atomilor care difuzeaza la suprafata materialului,C0=concentratia initiala a atomilor care difuzeaza, existenta in material,Cx=concentratia atomilor difuzati la distanta x de suprafata dupa timpul t.

Difuzia in compusii ionici

Difuzia in compusi ionici

Aliajele metalice sunt substante complexe obtinute prin amestecarea la scara atomica a unui metal – numit component de baza si aflat in proportia cea mai mare in aliaj – cu unul sau mai multe metale sau nemetale, numite componente de adaos sau de aliere.

Teoria aliajelor metalice

Topire, solidificare

Totalitatea aliajelor alcatuite din aceiasi componenti formeaza un sistem de aliaje.

Sisteme de aliaje

! O parte a unui sistem eterogen din punct de vedere fizico-chimic se numeste faza.

CARA

CTER

ISTI

CI

Fazele si constituentii structurali ai aliajelor metalice

1. Metalul pur

Din punct de vedere al distributiei atomilor, solutiile solide pot fi:

-solutii solide de interstitie

-solutii solide de substitutie

In solutiile solide interstitiale, atomii componentului de adaos patrund printre atomii metalului de baza, in golurile de dimensiuni mai mari din reteaua cristalina.

2. Solutia solida

3. Compusi definiti

Constituentii metalografici

Examinarea la microscop a fazelor dintr-un material prezinta aspecte structurale specifice numite constituenti structurali sau metalografici.

Aspectul schematic al structurii microscopice a materialelor monofazice:

b) Solutie solida neomogena.

Aspectul schematic al structurii microscopice a unui aliaj format

din cristale de metal pur sau compus chimic separate direct din

lichid si amestec mecanic.

a)metal pur, solutie solida omogena, compus chimic ;

Un material monofazic este format din una dintre cele trei faze:

Legea fazelor Sistemele de aliaje se pot gasi fie in stare de echilibru, fie intr-o stare in afara echilibrului. Conditiile de echilibru ale unui sistem pot fi date de legea fazelor care arata dependenta gradelor de libertate, adica a factorilor externi sau interni (temperatura, presiune, concentratie) de numarul componentilor si de numarul fazelor.

Exemplu: -pentru un sistem format dintr-un singur component (N=1), gradul de libertate minim poate fi obtinut pentru P=2. Deci pot exista simultan cel mult doua faze si aceasta numai la o anumita temperatura.

Legea fazelor arata deci ca un aliaj poate contine un numar de faze cel mult egal cu numarul componentilor, afara de cazul unor conditii de temperatura

constanta si compozitie ale fazelor fixe.