TUGAS METALURGI FISIK
Resume
DI
S
U
S
U
N
OLEH
:
NAMA : Arga Rizky Harliansyah
NPM : G1C017068
PRODI : S1
TEKNIK MESIN
DOSEN PENGAMPU : A. Sofwan FA, S.T.,M.Tech.,Ph.D
NURBAITI, S.T., M.T
Tugas : Ke- 5
FAKULTAS TEKNIK
PRODI TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS BENGKULU
2020
Pemadatan Logam Murni
(Kuliah No. 07)
Proses
pemadatan adalah proses yang bergantung pada waktu. Ada dua langkah dan ini
disebut nukleasi: ketika sejumlah kecil inti padat yang sangat kecil akan
terbentuk di dalam cairan. setelah nukleasi, ada proses pertumbuhan yang
bergantung pada waktu.Bentuk nukleasi ini bersifat probabilistik
/ stokastik,dan akan mengikuti aturan pertumbuhan tertentu.
(kurva
pendinginan logam murni)
Katakanlah
pada suhu tertentu di atasnya itu adalah titik leleh, itu cair. Struktur zat
cair sangat berbeda dengan zat padat. Kita telah melihat bahwa padatan adalah
kristal. Atom-atom dalam padatan tersusun secara periodik teratur. Padatan
tidak dapat dimampatkan modulus curahnya sangat tinggi. Dibandingkan dengan
ini, cairan mengalir dengan mudah, sedangkan padat: tidak mengalir, kecuali
jika menerapkan tekanan tertentu, cairan tidak akan mengalir, sedangkan cairan
akan mengalir dengan sendirinya dan dapat mengambil bentuk wadah tempat menyimpannya.
Atom tidak
sesak seperti padat, kedua atom bergerak dan Anda dapat mengatakan bahwa atom tersusun
secara tidak teratur, tetapi mungkin ada beberapa urutan jarak pendek.
Menggunakan teknik difraksi sinar-X; kepadatan pengepakan juga telah
diperkirakan. Katakanlah: dalam kasus padat, kita telah melihat bilangan
koordinasi itu.
Ketika, cairan
mendingin, suhu-waktu plot,bisa menjadi kurva halus seperti ini, dan akan
ditentukan oleh suhu logam dan sekitarnya, biasanya mengikuti hukum
pendinginan Newton. Selama proses pemadatan, ia akan melepaskan panas juga dan akan
menemukannya di sini, untuk beberapa waktu pendinginan berhenti begitu saja.
Ini mempertahankan suhu konstan sampai proses pemadatan selesai. Setelah ini
selesai, suhu terus turun
(Diagram Fase)
Apakah diagram fasa? Pada dasarnya, diagram fasa adalah representasi
grafis dari stabilitas fasa dalam sistem komponen tunggal atau multi pada suatu
keadaan tertentu dan suatu keadaan didefinisikan dalam istilah variabel
kontrol.
Ada 3 garis penting dan garis ini melambangkan kesetimbangan antara
padat dan gas. Tidak tertutup kemungkinan, padatan bisa diubah seluruhnya
menjadi gas tanpa melalui jalur cair ini. Demikian pula, Anda memiliki garis
ini, yang melambangkan kesetimbangan antara padat dan cair dan garis ini
melambangkan kesetimbangan dua fasa antara 2 fasa: cair dan gas dan anggaplah 1
garis atmosfer berpotongan di sini. Dalam hal ini adalah titik beku logam dan
ini adalah titik didih logam. Titik khusus ini adalah titik kritis, yang
mewakili keseimbangan antara ketiganya; Artinya, dalam kondisi ini semua 3 fasa
padat, cair dan gas.
(Energi bebas Gibbs)
Konsep energi bebas Gibbs, jika kita analogikan, ini adalah semacam
potensi. Katakanlah seperti energi, Anda tahu, atau katakanlah listrik mengalir
dari potensi yang lebih tinggi ke potensi yang lebih rendah. Demikian pula,
setiap transformasi saat itu terjadi; itu akan berlangsung dalam satu arah:
dari energi potensial yang lebih tinggi ke energi potensial yang lebih rendah.
Dan energi bebas Gibbs Anda dapat mengatakan itu adalah analogi. Analogi itu
adalah sesuatu yang mirip dengan potensi kimia. Dan kita tahu bahwa, dari hukum
kedua termodinamika bahwa meskipun keseluruhan jumlah pekerjaan mekanis dapat
diubah secara total menjadi panas, tetapi tidak mungkin untuk mengubah panas
secara total menjadi kerja mekanis.
Artinya, dalam suatu sistem selalu ada bagian energi, yang tidak dapat
diakses, yang tidak dapat diubah. Energi bebas Gibbs itu adalah parameter
termodinamika. Dapat dilihat bahwa itu menentukan stabilitas suatu fase. Setiap fasa yang
memiliki energi bebas lebih rendah akan lebih stabil dan ini didefinisikan
sebagai G adalah energi bebas Gibbs, H berarti entalpi molar, minus T adalah
suhu dalam derajat Kelvin dikali istilah entropi (S ). Entropi adalah ukuran
ketidakteraturan dan jika Anda mengalikan entropi ini dengan suhu, ini
menghasilkan ukuran energi yang tidak dapat diubah. Ini terkunci. Apapun yang
tersisa adalah energi bebas G = H - TS.
(Kurva ideal)
Dari sini kurva ideal yang awalnya ditunjukkan. Jika dibiarkan tanpa
batas suhu ini, pemadatan tidak akan dimulai, kecuali memiliki cukup energi
untuk membuat permukaan baru. Permukaan, yaitu: permukaan cairan padat tercipta.
Jadi, ini ditunjukkan di sini. Dan begitu pemadatan dimulai, panas laten akan
menaikkan suhu kembali ke titik beku atau suhu leleh. Dan di sini, cairan dan
padatan akan hidup berdampingan sampai seluruh jumlah cairan diubah menjadi
padat dan setelah itu, akan mengikuti hukum normal pendinginan Newton.
(diagram fasa
ini untuk logam murni atau bahan murni)
Ada 3 fase yang melibatkan es, air, dan uap. Sekarang disini lihat
lereng ini. Apa itu? Lihat kebanyakan kasus, kemiringan ini positif. Kapanpun
transformasi dikaitkan dengan peningkatan volume. Katakanlah es menjadi uap,
air cair menjadi uap atau uap, itu disertai dengan peningkatan volume. Jadi,
kemiringan garis ini, apakah itu di sini, di sini positif. Sekarang, apa yang
terjadi dalam kasus ini? Mungkin untuk pergi ke: menggunakan konsep energi
bebas untuk mendapatkan hubungan, yang akan menentukan, yang akan mengatakan,
apa efek tekanan pada titik beku air atau untuk logam apa pun.
(kurva pendinginan)
Kurva pendinginan akan terlihat seperti ini. Memiliki, satu langkah di
sini, ketika zat cair berubah menjadi delta, lagi-lagi akan ada, ini adalah
transformasi keadaan padat, di sini dua fase pada suhu ini; delta dan gamma
bisa hidup berdampingan. Kemudian lagi pada 910 gamma dan alpha, transformasi
gamma menjadi alpha, transformasi FCC ke BCC sedang berlangsung, di sini juga,
ini adalah suhu tetap di mana kedua fase ini dapat hidup berdampingan.
(energi
permukaan)
Energi permukaan: bahwa pemadatan untuk melanjutkan sejumlah pendinginan
di bawah adalah suatu keharusan. Sekarang, apakah mungkin untuk membuat
perkiraan kasar, berapa urutan pendinginan bawah? Dan bagaimana hal itu
bergantung pada besarnya energi permukaan? Ini ditunjukkan secara bergambar di
sini. Misalkan dalam cairan inti bentuk padat. Untuk kesederhanaan, kita
asumsikan, ia memiliki bentuk bola, inti bola, nanti kita akan melihat ini
adalah bentuk paling stabil karena bola memiliki energi minimum.
(ukuran inti
kritis)
Energi total yaitu transformasi dan ini adalah fungsi yang kuat dari dimensi inti.
Jadi, bagian ini sebanding dengan r 3 dan bagian kedua adalah proposisional
untuk r 2 yang ditampilkan di sini. Ini adalah energi permukaan: meningkat
seperti ini, sedangkan, energi bebas ini per satuan volume, berkurang dan
karena kekuatannya berbentuk kubus,menurun jauh lebih cepat.
Mengetahui laju nukleasi dan bagaimana nukleasi homogen itu; di sini inti yang telah terbentuk, telah terbentuk di dalam cairan,
bukan di permukaan apa pun. Oleh karena
itu, jenis nukleasi
ini, kita sebut sebagai nukleasi
homogen. Laju nukleasi; mudah saja, maksud
saya, Anda dapat menggunakan ini, teori laju reaksi itu, laju terjadinya
nukleasi, ini adalah suku frekuensi, yaitu kT, energi Boltzmann yang Anda bagi dengan konstanta
Plank. Ini adalah
faktor frekuensi dan ini adalah faktor frekuensi total,
tetapi frekuensi sukses pembentukan jumlah inti, dari ini, ini adalah jumlah
percobaan yang dilakukan.
(nukleasi
heterogen dan homogen)
Nukleasi heterogen dan homogen, sekarang dalam kasus nukleasi yang
heterogen dan homogen ini, kita berbicara tentang nukleasi homogen ini. Dalam
hal ini, bentuk inti berbentuk bola, terjadi di dalam cairan, dan ada yang
berbeda antarmuka antara padat dan cair, dan tidak ada substrat di sini.
Misalkan kita meletakkan substrat maka tergantung pada sifat substrat jika
bentuk padat, maka akan terjadi interaksi energi permukaan. Jadi, energi
permukaan; seperti yang kami katakan • adalah energi permukaan antara zat cair
dan padat. Katakanlah, misalkan di sini, ini adalah padatan dan sekitarnya
adalah cairan. Jadi ini dia • dan ini menghasilkan sudut yang berkaitan dengan
substrat
(pemadatan
terarah)
Konsep pemadatan terarah, ketika Anda membiarkan logam mengeras dalam
wadah, jadi, pengaturan pendinginan eksternal akan menentukan bagaimana
struktur atau evolusi struktur terjadi dalam padatan ini. Dan ini secara
skematis ditunjukkan di sini dalam diagram ini. Anda memiliki wadah. Misalkan,
kita dapat mengekstraksi panas dari satu permukaan saja, jadi inilah padatan;
bagian dari padatan, yang telah terbentuk. Ini adalah cairan, dan panas hanya
dapat mengalir sepanjang ini, dan seperti yang kita ketahui bahwa, saat
pemadatan terjadi, panas harus diekstra.
struktur
2D
Struktur
2D, struktur butir dua dimensi, misalkan kita menggambar seperti ini, segi
enam. Mengatakan; dengan membangun segi enam ini Anda dapat mengisi ruang ini.
Sekarang intinya adalah Anda dapat mengisi ruang ini dengan menyusun persegi
juga: tetapi mana yang akan mewakili struktur mikro yang tepat? Sekarang di
sini, kita telah melihat batas ini memiliki beberapa energi yang terkait,
masing-masing batas ini memiliki beberapa energi yang terkait, yang disebut
tegangan permukaan. Jadi, harus ada kesetimbangan antara energi atau tegangan
permukaan yang ditunjukkan di sini.
Jadi, jenis
oktahedron terpotong ini, jika Anda bungkus, yang hampir akan memenuhi kedua
kondisi ini; Artinya, ruang mengisi dan menyeimbangkan energi permukaan. (tidak
ada audio dari 48:01 hingga 48:07) dan akan menarik juga untuk melihat susunan
ini sedikit lebih cermat; array 2D, jika Anda mencoba dan mengisi. Dan berikut
adalah contoh yang ditunjukkan di sini, saya mencoba meletakkan beberapa poligon
yang saling bersentuhan, jadi ini adalah ruang yang mengisi dua diagram D;
ruang mengisi dua larik D. Sekarang, beberapa memiliki 5 sisi (tepi); satu
memiliki 6, 4 lainnya di sini. Sekarang, ketika Anda mengemasnya, Anda
menghasilkan sejumlah tepi, mereka bertemu satu sama lain. Ini disebut batas
butir
Ini disebut konsep kisi situs kebetulan, saya
telah menggambar hal yang sama. Ini adalah satu butir di mana atom-atom ini
disusun seperti ini, sedangkan dalam butir ini, atom-atom disusun dengan cara
ini, bidang yang sama, tetapi berbeda,
ia diputar. Sekarang, apa yang terjadi di batas butir? Dekat batas butir
beberapa lapisan 2 atau 3 lapisan apa yang terjadi? Ini adalah lapisannya, ini
adalah butir satu; ini adalah biji-bijian lainnya, dan Anda dapat mengatakan
ini adalah batas biji-bijian. Jika Anda memperpanjang kisi, Anda akan menemukan
bahwa beberapa titik ini bertepatan dengan titik kisi ini, yang ditandai di sini.
Solidifikasi Paduan Biner
(Kuliah No. 18)
Sistem isomorfus biner.
Mari kita pertimbangkan dua logam A dan B yang larut dalam semua proporsi dalam
bentuk cair dan padat. Sekarang kita telah melihatnya sebelumnya saat berurusan
dengan struktur kristal: kapan ini bisa terjadi? Dalam keadaan cair,
miscibility terkenal. Kebanyakan logam; mereka larut satu sama lain dalam semua
proporsi. Tapi dalam keadaan padat hanya logam yang larut dalam semua proporsi,
di mana kondisi tertentu terpenuhi; seperti kedua logam memiliki struktur
kristal yang sama, valensi yang sama, ukuran atom yang hampir serupa. Jadi,
inilah kriteria yang menentukan sejauh mana kelarutan suatu logam dengan logam
lainnya. Sekarang mari kita pertimbangkan kasus ideal dua logam, yang larut
dalam bentuk cair dan padat dalam semua proporsi. Kami melihat; kita belajar tentang
analisis termal dan ini adalah alat yang ampuh dalam menentukan proses
transformasi dalam paduan dan mari kita lihat kurva pendinginan khas logam
murni A.
TL
ini adalah fungsi komposisi
begitu juga, TS adalah fungsi komposisi. Di
sini sebagian besar, seluruh eksperimen dilakukan pada tekanan konstan dan
menganggap tekanan konstan itu sebagai satu tekanan atmosfer, yang mana karena
sebagian besar pemrosesan akan dilakukan pada tekanan tetap. Sekarang setelah
menentukan TL dan TS untuk komposisi tertentu, kita dapat
mengulangi eksperimen yang sama untuk satu set paduan; untuk nilai X, X yang
berbeda 1, X 2 ---- dan semua itu.
Di sini sumbu Y ini adalah sumbu suhu.Sumbu X adalah sumbu
komposisi. Mari kita katakan modal NB ini mewakili fraksi atom B.
Fraksi atom B itu dimulai dengan nol; ini satu. Kita juga bisa melakukannya
untuk fraksi berat. Sekarang fraksi atom B dan anggaplah kita telah
melakukannya untuk ini paduan X. Jadi, untuk paduan X, ini sebenarnya adalah T
L; ini adalah T L dimana pemadatan dimulai ini adalah TS, dimana
pemadatan selesai.
Sebenarnya,
yang bisa Anda pikirkan adalah; apa yang dapat Anda lakukan adalah; Anda
mengambil satu set paduan untuk setiap paduan Anda plot T. L di sini, T S di
sini, T L di sini, T S di sini, T L di sini, T S di sini dan anggaplah ini
adalah titik leleh Anda, ini adalah titik leleh A, ini adalah titik leleh B dan
ini adalah komposisi atau persen berat B atau fraksi mol B. Jadi, ini adalah 0%
B; ini adalah 100% B atau satu fraksi atom, nol di sini, fraksi atom B adalah 1
dan kemudian jika Anda menggabungkannya, Anda akan mendapatkan diagram, yang
menyatakan bahwa di atas suhu ini keadaan material; itu cair. Itu ada
seluruhnya dalam keadaan cair dan di bawah ini: T S suhu itu ada dalam keadaan
padat. Jadi ini dia padat dan ini dia cair. Jadi, diagram fase memberi kita;
Anda bisa berkata; kisaran solidifikasi; menjelaskan kisaran pemadatan suatu
paduan. Dalam hal ini sistem isomorf biner; ini adalah diagram fase tipikal. T
itu L garis yang menunjukkan suhu di mana pemadatan dimulai disebut liquidus;
Garis ini disebut liquidus dan garis yang mewakili suhu di mana proses
pemadatan selesai disebut solidus. Sekarang lihat proses pemadatan paduan X
ini. Ketika pemadatan dimulai di sini, ia bisa berada dalam kesetimbangan,
sehingga sebagian padatan akan mengendap.
'a' mewakili;
mari kita katakan berat pecahan dari •• b merupakan fraksi berat cairan pada
suhu ini dan X 1 mewakili atom {fraksi berat} pecahan B in •. Artinya ini X 1
dan X 2 mewakili fraksi atom {fraksi berat} B dalam cairan. Sekarang apa yang
dapat Anda lakukan, Anda dapat mencoba mencari tahu berapa jumlah total B dalam
paduan, itu X. X mewakili fraksi berat B dalam paduan; dalam hal ini Anda cukup
menulis persamaan ini. Jadi, 'a' adalah fraksi bobot alpha dikalikan X 1 adalah
jumlah B. Jadi, kalikan dengan X 1; ini adalah jumlah B dalam alfa dan ini
adalah X 2; itu adalah komposisi cairan dan b adalah cairan fraksi berat. Jadi,
hasil perkalian ini akan memberi Anda jumlah B dalam cairan dan keduanya harus
ditambahkan ke X dan lagi fraksi berat ini a dan b mereka saling berhubungan; a
+ b = 1. Jadi, jika Anda hanya mengganti di sini. Katakan 'b' Anda mengganti
dalam istilah 'a' dan Anda melakukan sedikit penyederhanaan aljabar, Anda akan
menemukan hasilnya (X 2 - X); lihat apa itu X 2? X 2 apakah ini dan X ada di
sini; Jadi, jumlah a sebanding dengan ini dan sedangkan, (X 2 - X 1) adalah
panjang keseluruhan ini. Jadi, ini sebanding dengan Anda dapat mengatakan bahwa
jumlah keseluruhan; seratus persen {1}. Anda bisa mengatakan (X 2 - X 1) adalah
jumlah total. Jadi, fraksi berat • sama dengan ini; fraksi berat • sebanding
dengan lengan ini {of lever} dan demikian pula Anda dapat menunjukkan fraksi
cairan sebanding dengan lengan {of lever} ini.
Titik q ini adalah titik
tumpu yang dimiliki di sebuah tuas dan fraksi berat 'a' ini mewakili fraksi berat.Di sini, dan
poin-poin ini kami sebut p, q, r; q adalah titik tumpu, p tempat pemberat ini
diterapkan. Demikian pula, r dan di tempat ini b ini adalah berat cairan dan
Anda menyeimbangkan keduanya. Luangkan waktu. Jadi, (a / b) = (qr / pq); jadi,
sebenarnya Anda dapat mengatakan bahwa ungkapan, yang kami peroleh di sini juga
persis sama. Anda dapat menemukan b; akan ada ekspresi serupa. Ambil rasio (a /
b) lalu yang Anda dapatkan adalah ini. Oleh karena itu, aturan dalam
transformasi fasa ini sering dikenal sebagai aturan tuas dan kami akan
menerapkannya ke salah satu proses transformasi fasa di mana pun transisi
berlangsung dari satu fasa ke fasa lainnya pada kisaran suhu. Ini membantu Anda
mengetahui jumlah atau persentase transformasi atau jumlah fase tertentu pada
suhu berapa pun.
Sekarang pertimbangkan paduan X ini di sini. Sekarang jika pada suhu ini
selama itu cair, Anda dapat mengatakan itu seragam seluruhnya dan kemudian
ketika pemadatan dimulai, Anda memiliki kristal pembentukan alfa dan yang
ditunjukkan di sini. Bukan karena mereka berkembang secara tiba-tiba, ia akan
berinti dan tumbuh dan ini adalah proses yang berkelanjutan dan berlangsung
pada kisaran suhu dan angka-angka ini; partikel-partikel ini mereka tumbuh
dalam ukuran; partikel baru juga berinti. Dan mereka juga akan terus tumbuh
saat suhu mendingin. Jika Anda mengasumsikan bahwa laju pendinginan adalah laju
pendinginan kesetimbangan apa pun inti atau bentuk padat pada suhu tertentu,
komposisinya juga terus berubah. Artinya jika komposisinya ada di sini, maka
lebih ramping di B; saat mendingin; itu akan menjadi lebih kaya di B. Jadi itu
berarti, B harus berdifusi dari cairan ke padatan dan harus berdifusi dari
permukaan ke pusat / inti kristal dan untuk memungkinkan proses ini
berlangsung; Anda harus mendinginkannya dengan sangat lambat. Dan pada akhirnya
Anda akan memiliki struktur seperti ini. Anda akan memiliki kristal yang
berbeda, dengan orientasi berbeda dan mereka akan bertemu di sepanjang batas
yang disebut batas butir dan akan terlihat seperti; jika Anda melihat di bawah
mikroskop, mungkin tampak seperti ini dan nanti saat kami melanjutkan; kita
akan melihat bentuk kristal ini.
Aturan fase Gibb; itu dinyatakan sebagai P + F = C + 1 pada tekanan
konstan. Sekarang di sini P adalah jumlah fase, C adalah jumlah komponen, dan F
adalah derajat kebebasan. Sekarang kami sedang mempertimbangkan paduan biner.
Paduan biner artinya: jumlah komponennya dua. Jadi, C = 2. Jadi, C + 1 = 3.
Jadi, derajat kebebasan: F = 3 - P: P adalah banyaknya fasa yang hidup
berdampingan.
Diagram komposisi energi bebas. Sekarang kita tahu bahwa energi bebas
dari larutan padat diberikan sebagai fungsi komposisinya dan untuk larutan
padat yang ideal; kita tahu bahwa energi bebas pencampuran diberikan oleh
ungkapan ini. Ini R; Ini adalah konstanta gas universal, ini adalah suhunya,
ini adalah fraksi atom dari A dan ini adalah log natural: {ln (N SEBUAH) N A +
N B ln (N B)}. Mari kita anggap ini adalah solusi apa pun baik cair atau padat,
hubungan ini akan valid jika solusi ini ideal. Mari kita pertimbangkan sistem
yang ideal
Diagram skema. Ini bukan untuk mengukur dan sekarang apa yang terjadi,
jika mencapai kisaran suhu menengah; (kisaran suhu menengah) hal seperti ini
terjadi. Bentuk plot ini berubah. Sesuatu seperti ini. Ini adalah diagram
energi bebas dari zat cair. Dan dalam plot energi bebas, jika menggambar garis
singgung maka intersep ini dikenal sebagai; [katakan biasanya nol energi bebas;
itu akan berada di suatu tempat di sini ini turun Jadi, intersep ini akan
dikenal karena intersep ini akan dikenal sebagai] Anda bisa mengatakan potensial
kimia atau energi bebas molar parsial. Ini parsial; jika Anda menggambar garis
singgung ke alfa pada titik ini; kita akan mengatakan bahwa ini adalah
potensial kimia A dalam alfa. Demikian pula, jika Anda menggambar garis
singgung di sini, Anda juga dapat membiarkannya memotong sumbu ini; Anda akan
mendapatkan potensial kimiawi A dalam cairan dan di bawah kesetimbangan
potensial; mereka sama yang dinyatakan di atas sini.
Kita harus mencari tahu potensi kimia dari keduanya dari A dan B dalam dua fase.Misalkan kita
mengatakan bahwa potensi kimiawi ini adalah A dalam alfa,Kita harus menghitung,samakan dengan
potensial kimia A dalam cairan. Sekarang di sini lihat ketika Anda melakukan
perhitungan ini, perlu menggunakan status standar yang sama. Di sini Anda dapat
memvisualisasikan larutan padat alfa yang terbentuk pada suhu T. T adalah suhu.
Sekarang ini bisa Anda katakan dengan mudah, Anda tahu bahwa murni A yang padat
pada suhu T, ia masuk ke dalam larutan. Kami menyebut solusi ini alfa yang juga
padat. Jadi di sini Anda dapat dengan mudah mengatakan bahwa potensial kimia A
Anda dalam alfa sama dengan energi bebas molar parsial A dalam alfa; Dalam
aktivitas atau pecahan mol A. Sekarang bagaimana Anda menghitung hal yang sama
dalam kasus ini? Bagaimana Anda memperkirakan ini? Ini mudah. Ini sudah
selesai. Tapi bagaimana Anda mendapatkan ini sekarang? Di sini Anda dapat
memvisualisasikan; Anda harus menggunakan keadaan standar yang sama. Kami telah
menggunakan keadaan standar di sini sebagai A {padat} murni pada suhu T.
Kelarutan tak terbatas baik dalam bentuk cair, maupun padat, dan jenis
sistem ini disebut sistem isomorf, kami melihat kurva pendinginan paduan yang
termasuk dalam sistem khusus ini. Kita juga melihat bagaimana dari kurva
pendinginan ini diagram fasa dapat dibuat, dan diagram fasa ini memberi tahu
kita bagaimana solidifikasi berlangsung, dan dalam hal ini kondisi yang
dijelaskan di sini, proses solidifikasi ketika kesetimbangan termodinamika
dipertahankan di setiap keadaan. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa ini dapat
memberikan struktur paduan, jika didinginkan dalam kondisi kesetimbangan. Kami
juga berbicara tentang aturan tuas, yang membantu kami mendapatkan atau
menghitung persentase fase pada suhu tertentu, dan ini adalah aturan umum dan
kami akan menggunakannya untuk diagram fase untuk menafsirkan evolusi
mikrostruktur. Kami juga melihat termodinamika larutan padat ideal, dan
menggunakan konsep termodinamika, menggunakan konsep potensial kimia,
dimungkinkan untuk menghitung diagram fasa dari sifat termodinamika logam A dan
B. Dan kami juga berbicara tentang penyimpangan dari idealitas. Dan kelas
berikutnya kita akan berbicara tentang kasus-kasus di mana terdapat kelarutan
parsial; mereka tidak tercampur dalam semua proporsi dan apa yang terjadi dalam
kasus seperti itu.
Solidifikasi Paduan Biner (Lanjutan)
Kelarutan
terbatas dalam keadaan padat. Kami mempertimbangkan dua logam; A dan B yang
larut dalam semua proporsi dalam cairan, tetapi sebagian larut dalam keadaan
padat. Sekarang, kapan ini terjadi? Ada beberapa kasus. Hal ini dapat
disebabkan oleh struktur kristal yang berbeda, valensi yang berbeda atau ukuran
atom dan dalam kasus seperti itu, kita akan memiliki larutan padat terminal.
Dalam kasus ekstrim, kita dapat memiliki beberapa fase perantara yang juga
terbentuk. Pertama, mari kita ambil kasus di mana kita memiliki dua solusi
padat terminal dan mari kita pertimbangkan bahwa titik lebur A lebih besar
daripada titik B. Sekarang, dalam kasus ini ada dua kemungkinan yang jelas.
Sekarang, kasus pertama, di mana larutan padat terminal mengeras pada suhu yang
lebih rendah daripada A dan B masing-masing dan kasus kedua, di mana larutan
padat terminal memadat pada suhu yang lebih tinggi dari suhu B. Dalam hal ini,
kita akan memiliki beberapa kasus.
Kita
mempertimbangkan kurva pendinginan logam A dan B,begitu murni logam mereka
memadat. Itu proses pemadatan dapat berlangsung pada suhu tetap; yaitu T SEBUAH. Jika menggambar kurva
pendinginan yang ideal, akan memiliki perilaku seperti ini. Dalam kasus B, itu
seperti ini dan di sini TSEBUAH lebih besar dari TB.
Sekarang, mari kita ambil kasus dua terminal solusi padat; yang satu kaya akan
A; lain yang kaya akan B. Kami melihat sistem isomorf dan paduan larutan padat;
mereka memiliki kurva pendinginan karakteristik, yang ditunjukkan di sini.
Sekarang, ini adalah kasus di mana Anda memiliki solusi padat terminal,bahwa B in A
disebut pemadatan terjadi dalam rentang tertentu.
Memiliki dua fase, cair dan gas di sini dapat hidup berdampingan bersama pada
kisaran suhu dan ini adalah suhu tempat pemadatan selesai. Jadi, Anda memiliki
dua temperatur yang berbeda
TL yang merupakan suhu liquidus ini adalah suhu
solidus {TS}. Demikian pula, larutan padat kaya B itu adalah perilaku
pemadatannya diberikan oleh jenis plot ini. Sekarang, kedua kasus ini; di sini
pemadatan selesai; lihat dalam kasus ini ini terjadi lebih rendah dari {TSEBUAH}.
Pemadatan selesai pada suhu katakanlah, di sini ia dimulai pada {suhu} lebih
tinggi dari T B; tapi itu selesai sebelum TB. Dalam hal ini, TB
berada di tengah-tengah.
Diagram fase untuk kasus I: di sini kurva pendinginan larutan padat
terminal seperti ini. Sekarang, di sini Anda dapat menggambar pada diagram
fase; di sini Anda memiliki suhu pada sumbu ini; komposisi di sini. Sekarang,
ambil beberapa paduan; cari tahu suhu liquidus dan solidus. Dan mari kita pertimbangkan
porsi kaya ini,di sini ini solidus; ini adalah liquidus. Demikian pula, solusi padat
terminal ,ini adalah liquidus; ini adalah solidus.
Ini suhunya
inilah komposisi. Katakanlah persentase B. Ini adalah nol B; ini 100 B.
Sekarang, bagian ini di atas ini; itu cair dan dalam bentuk cair, mereka
bercampur dalam semua proporsi. Sekarang, bagian ini: ini adalah solusi padat
terminal bagian ini .Sekarang, jika
menerapkan aturan fase; mari kita kembali ke aturan fase; Aturan fase Gibb
menyatakan bahwa jumlah fase {P} ditambah derajat kebebasan {F}: P + F = C
{jumlah komponen} + 1. Sekarang, ini adalah solusi padat biner. Ini adalah
paduan biner; disini jumlah C = 2; C: ini adalah 2. Jadi, oleh karena itu
derajat kebebasan adalah (3 - P). Sekarang, jika banyaknya fasa adalah 2; jika
ini adalah 2, maka ini sama dengan 1.
Jadi, inilah persentase B di sini ini 0 B ini adalah 100% B. Ini adalah
titik leleh A.Jika dapat
memberi label pada diagram di sini, fase yang stabil adalah cair,di sini fase stabilnya
wilayah L dan wilayah ini, L + . Jadi, di sini struktur Anda akan berada dalam
kasus ini, ini adalah eutektik; garis ini mewakili paduan eutektik. Jadi, ini:
Saya akan menggambarnya dengan garis putus-putus. Ini adalah paduan eutektik
dan struktur mikro dari bagian ini akan menjadi ditambah eutektik. Eutektik
yang [sebenarnya akan kita bahas nanti] terdiri dari keduanya dan campuran dan Dan bagian ini akan miliki utama ditambah
akan memiliki eutektik.
Solidifikasi
dari suatu paduan, yang berada di antara: wilayah ini dan kami menyebutnya
wilayah ini; jenis paduan ini; kami menyebutnya paduan hipo-eutektik [paduan
hipoeutektik]. Ini adalah paduan hipo-eutektik; apapun yang dari sini ke sini
yang eutektik. Nah, di sini pemadatan itu akan berlangsung seperti ini; ini
suhunya. Misalkan kita telah memanas hingga ini, ini benar-benar cair dan
ketika pemadatan dimulai, itu yang pertama; alpha akan mulai mengendap dari
sini. Dari suhu ini, alfa akan mulai mengendap. Jadi, Anda akan memiliki beberapa
butir utama alfa yang terbentuk. Jadi, ini adalah alfa dan inti dari alfa ini
akan terbentuk dan tumbuh seperti ini. Jadi, di sini, pada suhu ini jumlah akan
sangat sedikit; saat Anda turun, jumlah alfa akan meningkat, dan ketika
mencapai suhu eutektik tersebut, Anda akan mendapatkan jumlah alfa primer yang
maksimum. Ini disebut alfa primer dan sekarang, apa yang terjadi pada suhu ini?
Anda memiliki alfa primer ini; ini adalah alfa primer. Sekarang, di sini baik
alfa dan beta mulai mempercepat bersama. Jadi, ini alpha; bagian ini beta; ini
adalah titik leleh A. Sekarang, dalam kasus khusus ini ketika alfa mengendap;
Alfa pertama yang mengendap akan memiliki komposisi ini.
Dengan cara
yang persis sama dapat
diketahui atau dapat dijelaskan perilaku pemadatan
paduan yang memiliki komposisi X, yang terletak di sisi kanan titik eutektik
ini; yaitu antara eutektik ini dan titik ini, yang merupakan kelarutan maksimum
A dalam B. Paduan ini disebut paduan hiper-eutektik dan di sini juga, Anda
dapat memberi label pada diagram. Ini alfa; ini beta; ini cair ditambah alfa;
ini cair plus beta dan ini alfa plus eutektik; di sini memiliki beta primer plus
eutektik.
Satu-satunya hal yang ada di sini adalah dari cairan, di
sini di dalam cairan, akan didapatkan beta yang mengendap. Jadi, beta digambarkan seperti ini. Beta adalah fase utama ini beta fase utama masih cair. Dan begitu
suhu eutektik dilintasi, seluruh cairan akan berubah menjadi eutektik
Kita bahas
kasus II. Dalam hal ini, larutan padat kaya B; di sini ia memadat pada suhu
yang lebih tinggi dari titik leleh B. Dan di sini katakanlah, ini adalah kurva
pemadatan untuk larutan padat terminal alpha. Ini adalah kurva solidifikasi
untuk terminal solid solution beta dan dalam hal ini, Anda menggambar liquidus
T ini L. Misalkan ini adalah komposisinya; jadi, ini TL ini TS. Demikian pula, di sini juga
ini adalah liquidus; ini adalah solidus dan bagian ini, ini cair dan ini adalah
komposisi B; ini adalah 0 B; ini 100 persen.
Garis {liquidus} cair ini akan bergabung di suatu tempat. Sehingga, jika
diperpanjang
ini, mereka bergabung di suatu tempat. Sekarang, saat garis cair ini
bergabung,akan didapatkan kondisi seperti ini, di sini memiliki cairan plus alfa di sini
memiliki cairan plus beta. Jadi, akan ada beberapa suhu di antaranya; di mana tiga fase
akan berdampingan
dan fase diagram akan terlihat seperti ini. Jadi, bagian ini adalah alfa, beta porsi
ini cair,di sini memiliki alpha di sini memiliki beta. Jadi, di sini juga dapat dilihat tiga
fase,derajat kebebasan adalah 0. Jadi, itu berarti tiga fase pada suhu tetap
dan ini disebut sistem peritektik.
Berikut ini adalah diagram fase
sistem peritektik biner yang khas. Dan di sini juga dengan cara yang sama, jika
Anda ingin memahami evolusi mikro, Anda harus melanjutkan dengan cara yang
sama. Beri label bidang fase yang berbeda. Jadi, ini adalah solusi padat
terminal. Jadi, porsi ini persis sama dengan eutektik; ini adalah alfa dan kelarutan
alfa; B dalam alfa adalah fungsi kelarutan suhu menurun dengan suhu; itulah
kenapa kamu punya plot seperti ini. Jika kelarutan tidak bergantung pada suhu,
itu akan menjadi garis vertikal digambar seperti ini dan di sini Anda memiliki
alfa dan cairan yang hidup berdampingan. Dan ini adalah titik perarsitektur dan
di sini juga,didapat, dengan cara yang persis sama menerapkan aturan fase.
Aturan tuas dan mencari tahu persentase fase. Sekarang, di sini mari
kita katakan ini cair ini alfa,beta; ini adalah
persentase B; ini dia {0}, persentasenya 0 B; ini adalah 100 persen B. Ini
adalah titik leleh A; ini mencairnya B; ini adalah suhu peritektik dan pada
suhu peritektik, derajat kebebasan adalah 0. Jadi, ini berarti tiga fasa dapat
hidup berdampingan. Di sini, Anda tidak punya kebebasan. Komposisi alfa
ditetapkan; ini adalah komposisi alfa; Ini adalah komposisi beta yang terbentuk
dan ini adalah komposisi cairan dan di sini Anda memiliki alfa dan cairan yang
berdampingan. Di sini dimiliki mikrostruktur alfa plus beta; di sini Anda memiliki beta plus
liquid.
Ini sekali lagi adalah persentase B ini 0,100% B,ini alfa adalah cair,ini adalah
bidang beta, ini adalah bidang 2 fase. Dan perhatikan dengan cermat diagram ini,
jika diperluas yang satu ini, titik-titik ini di wilayah dua fase. Jika diperpanjang
poin di sini menunjuk ke wilayah dua fase dan setiap wilayah satu fase antara dua
wilayah fase tunggal, jika memiliki wilayah dua fase. Memiliki alpha plus beta
di sini dan nmemiliki beta plus liquid ini adalah titik leleh A dan titik
leleh B. Nah, dalam hal ini: ini adalah paduan peritectic. Sekarang, paduan
peritectic apa yang terjadi? Di sini juga, pemadatan dimulai dari sini. Jadi,
suhu ini adalah, suhu ini; ini suhu; ini waktunya; di sini alpha mulai
mengendap; ini cairan di atas liquidus; ini dia liquid plus alpha. Jadi dimiliki
sejumlah pencetus alfa. Di sini ketika reaksi ini terjadi, inilah kasus di mana dimiliki cairan
plus alfa yang menghasilkan beta dan di sini memiliki alfa. Jadi, di sini, akan
didapatkan
seluruh cairan yang akan bereaksi dan menghasilkan semua beta.
Kasus di sini, yang berada di luar poin per arsitektur ini alfa, beta, cair, adalah titik
leleh A dan titik leleh B. Sekarang, di sini pemadatan berlangsung dari sini; ini
suhunya. Ketika mencapai titik peritektik, di dapatkan isoterm pada
kurva pendinginan dan di sini setelah reaksi perarsitektik, solidifikasi tidak
selesai. Jadi, masih memiliki beberapa cairan dan pemadatan selesai pada suhu
ini. Jadi,akan didapatkan 1, 2, 3, 4.Empat titik ini, dari kurva pendinginan, empat
titik ini mewakili, satu: ini adalah awal; ini adalah akhir dan ini adalah suhu
ketiga. Sekarang, di sini Anda memiliki cairan; di sini Anda memiliki cairan
plus alfa dan pada garis titik khusus ini, Anda memiliki cairan ditambah alfa
yang bereaksi dan membentuk beta. Sekarang, di sini alfa apa pun yang ada;
katakan ini alfa. Sekarang, di sini apa yang terjadi jika Anda mencoba dan
menggambar struktur di zona khusus ini di mana Anda memiliki liquid plus beta?
Jadi, itu berarti seluruh jumlah ini bereaksi dan membentuk beta; ini beta;
seluruh jumlah di sini; itu adalah alfa primer alfa; ini cair; di sini alfa
primer, seluruh jumlah diubah menjadi beta dan Anda masih memiliki cairan di
sini. Dan saat suhu turun di sini; itu berarti di sini, Anda akan memiliki
struktur beta sepenuhnya. Jadi, itu berarti Anda akan memiliki butiran beta.
Jadi, semuanya akan seperti ini, ini beta; ini akan menjadi seratus persen beta
Ringkasan
Kelarutan terbatas terjadi pada bahan bila ada perbedaan struktur
kristal atau ada perbedaan ukuran atom atau ada perbedaan kelambu.Mempertimbangkan
keseimbangan 3 fase. dua kasus perarsitektur, dan sistem eutektik.Melihat kurva
pendinginan; evolusi mikro,melihat konstruksi diagram fasa dan pemadatan, kami
juga mempertimbangkan evolusi struktur, ketika paduan didinginkan pada
kecepatan yang sangat lambat dalam kondisi kesetimbangan. Kami juga menerapkan
aturan fase untuk menghitung persentase fase pada suhu yang berbeda. Dan
barusan, kita juga melihat diagram komposisi energi bebas dan dimungkinkan
untuk memperkirakan atau menghitung dimanapun, maksud saya, dari sifat
termodinamika, dimungkinkan untuk menghitung diagram fasa, dan prinsipnya baru
saja diilustrasikan.
Solidifikasi Paduan Biner (lanjutan)
Kuliah No. 20
Diagram fase biner adalah
representasi grafis dari komposisi fasa dan jumlahnya pada suhu tertentu, seringkali
kita melakukannya pada tekanan konstan dan biasanya tekanannya adalah satu
atmosfer.Satu syarat penting di sini adalah: kami mengasumsikan bahwa pendinginan
sangat lambat, sehingga pada setiap tahap, terdapat kesetimbangan antara zat
cair dan padat. Diagram biner ini, adalah alat yang sangat berguna untuk evaluasi
kuantitatif dari struktur mikro paduan; dan karenanya, kita juga dapat
menyimpulkan sesuatu tentang sifat mekanik dan fisik lainnya dari paduan
tersebut. Sekarang, dalam kasus sistem isomorf, di mana ada kelarutan tak
terbatas dalam bentuk cair dan padat, pentahapan terjadi pada rentang suhu,
kami melihat ini. Kami melihat sistem eutektik, di mana ada kelarutan sebagian
padat dan di sini akan ada pada tahap tertentu, cairan, yang terdisosiasi
menjadi campuran dua padatan - alfa dan beta; dalam diagram fase, kami selalu
merepresentasikan cairan menggunakan abjad Romawi: L merepresentasikan cairan,
dan abjad Yunani digunakan untuk merepresentasikan fase. Sekarang, kita juga
melihat pada sistem per arsitektur, dan ini juga merupakan kasus, di mana
terdapat kelarutan sebagian padat.
Sistem isomorfus ini,dalam diagram
fasa,diketahui, untuk diingat kembali, ini adalah diagram fasa dari sistem isomorf.
Dan di wilayah dua fase, seseorang dapat menerapkan aturan tuas; seseorang
dapat menerapkan aturan tuas untuk mengetahui proporsi alfa dan cairan, yang
hidup berdampingan; seperti di sini, alpha dari komposisi ini diberikan oleh
titik p itu, komposisi itu adalah X 1. Jadi, ini dapat hidup berdampingan
dengan cairan dengan komposisi X ini 2; dan dalam kasus ini, dengan menggunakan
aturan tuas Anda dapat mengatakan bahwa alpha, jumlah alpha sebanding dengan
qr, dan jumlah cairan sebanding dengan pq. Dan ada paduan tertentu, yang
menunjukkan diagram fase semacam ini, yang tercantum di sini, seperti salah
satu paduan yang umum adalah nikel tembaga.
Kasus di mana jenis sistem isomorfus ini dapat menunjukkan nilai maksimal
atau minimum; Jadi itu berarti, di antara paduan, mungkin ada paduan, yang
dalam hal ini memiliki titik leleh lebih tinggi daripada A dan B; dan yang
ditunjukkan dalam diagram ini. Dan kita akan melihatnya di sini, misalkan ini
benar-benar murni A, ini B, Anda memiliki persentase B; persentase berat diplot
di sepanjang sumbu ini, ini adalah titik leleh A, ini cairan, dan ini adalah
alfa. Sekarang, di sini Anda memiliki maksimum, jadi itu berarti, Anda dapat
melihatnya, seolah-olah itu adalah dua sistem isomorf, satu sisi ini, sisi ini
lagi. Anda juga dapat memiliki kasus seperti ini, persis serupa; di sini Anda
memiliki cairan, di sini Anda memiliki alfa, dan ini adalah A murni, ini B
murni, ini adalah titik leleh A, titik leleh B; dan di antaranya, Anda memiliki
paduan, yang melebur dengan cara yang persis sama seperti logam murni. Jika
Anda mencoba dan memplot kurva pendinginan paduan ini, sebenarnya akan menjadi
a suhu dan waktu; plotnya akan kurang lebih sama persis dengan logam murni.
Jadi, ini adalah titik leleh dari paduan ini, katakanlah, ini adalah titik
leleh; dan itu akan persis, maksud saya, perilaku pemadatannya akan serupa
dengan logam murni. Jadi, penyimpangan dari sistem isomorf yang ideal ini
adalah hasil dari penyimpangan dari larutan padat yang ideal. Dan nanti kita
akan melihat bagaimana kita bisa mengungkapkan penyimpangan ini dengan cara
yang lebih kuantitatif.
Eutektik biner kita melihat eutektika, dan dalam kasus khusus ini, di mana kita
memiliki dua fase, alfa, beta: ini adalah larutan padat terminal, ini cair; di
sini Anda memiliki alfa plus eutektik, di sini Anda memiliki eutektik plus
beta. Dan dua kasus, Anda tahu, ada sistem paduan biner tertentu yang
menunjukkan perilaku seperti ini: perak-tembaga, aluminium-silikon,
timah-timah, mereka memiliki jenis diagram fase; dan ini adalah paduan solder
yang umum, ini digunakan sebagai: timah-timah adalah paduan solder, ini adalah
bahan leleh rendah. Dan jenis struktur yang bisa Anda dapatkan dalam eutektik
ditunjukkan di sini; dan kita dapat melihat ini, katakanlah satu jenis struktur
dalam eutektika, katakanlah paduan ini, ini benar-benar cair; dan setelah
mengeras, pemadatan selesai, Anda akan memiliki struktur, yang akan memberikan
Anda campuran yang sangat dekat antara dua fase alfa dan beta; di sini,
misalkan jika alfa mengeras, cairan di sekitarnya menjadi kaya akan B, jadi
secara otomatis, beta membeku; jadi sebenarnya, satu demi satu, itu akan mulai
terbentuk jadi, Anda memiliki lapisan alfa di atasnya lapisan beta akan bentuk;
katakan sesuatu seperti ini, Anda memiliki lapisan pembentukan alfa, lalu di
dalamnya, Anda akan memiliki beta, lalu alfa lagi. Jadi, inilah cara struktur
lamelar dapat terbentuk.
Satu kasus ekstrim, di mana padatan sama sekali tidak bercampur seperti
di sini; ini adalah diagram eutektik biner berlabel, di mana tidak ada
kelarutan dalam keadaan padat. Ada contoh jelas tertentu seperti
kadmium-bismut, antimon-timbal, yang menunjukkan diagram fase semacam ini. Dan
di sini, eutektik akan menjadi campuran yang intim; hipoeutektik, Anda akan
memiliki alfa primer, yang berarti, kristal A dan eutektik; dan di sini, di
paduan hipereutektik, Anda akan mendapatkan B primer; kristal B dan kemudian
eutektik. Sekarang, dengan menggunakan termodinamika, dimungkinkan juga untuk
menghitung; jika misalkan, kita mengambil kasus kadmium-bismut; jika Anda
mengetahui titik leleh kadmium dan bismut diketahui, kalor laten fusi kadmium
dan bismut diketahui; dalam hal ini, jika kita berasumsi bahwa cairan adalah
larutan padat yang ideal, dimungkinkan untuk menghitung dari data termodinamika
yang berarti, titik leleh dan panas fusi; komposisi dan temperatur, temperatur
eutektik dan komposisi eutektik itu, juga memungkinkan untuk menggambarkan
garis liquidus ini, garis liquidus ini juga garis ini. Dan kita akan lihat,
lihat salah satu contoh penghitungan diagram fase jenis ini; pada kenyataannya,
kita telah melihat salah satu contoh dalam kasus sistem isomorf, di mana baik
cair dan padat diasumsikan {mengikuti} hukum Raoult; Artinya, baik cair maupun
padat diasumsikan sebagai solusi yang ideal.
Penentuan
diagram eutektik dari sifat termodinamika. Sekarang ini masalahnya
bismut-kadmium, mereka larut dalam bentuk cair, tetapi tidak larut dalam
keadaan padat; memperkirakan komposisi eutektik dan suhu; titik leleh dan panas
laten fusi bismut dan kadmium, mereka diberikan di bawah ini. Asumsikan cairan
menjadi solusi ideal; dan karena bismut murni dan kadmium murni sedang
mengendap, kita dapat mengasumsikan bahwa aktivitas mereka akan sama dengan 1.
Dan ini diberikan di sini; ini adalah titik leleh bismut: 271 ° celcius, kalor
peleburannya adalah entalpi; panas laten fusi adalah 2,6 kilo kalori per mol;
titik leleh kadmium 321 ° celcius; dan panas fusi latennya adalah 1,53 kilo kalori
per mol. Dan mari kita lihat, bagaimana kita melanjutkan penghitungan.
Kasus di
diagram fase, pertimbangkan suhu di sini. Jika Anda berada di wilayah ini, Anda
memiliki A murni dalam kesetimbangan dengan larutan; cairan itu terdiri dari?
Larutan cair B dalam A. Sekarang, bagaimana kita menghitung energi bebas
transformasi, yang diilustrasikan di sini; katakanlah misalkan dalam kasus
khusus ini, Anda mengambil A murni itu sebagai keadaan standar; Dalam
perhitungan energi bebas, definisi keadaan standar cukup penting dan kita
mengambil keadaan standar: yaitu murni A di T; suhu T. Sekarang, dalam hal ini,
apakah energi bebas dari A murni? Katakanlah karena ini adalah campuran, maka
itu adalah RT ln ( Sebuah SEBUAH). Aktivitas A? Kami menulisnya sebagai Sebuah
A = N SEBUAH; fraksi mol A dan aktivitasnya sama dengan fraksi mol. Jadi, dalam
kasus ini, ini adalah 1, karena murni A, jadi ini adalah 1. Oleh karena itu,
untuk A murni, ini adalah 0. Sekarang, bagaimana menghitung energi bebas dari
zat cair itu atau katakanlah kita ingin mencari keluar sebagian energi bebas
{molar} dari A dalam cairan; bagaimana kamu akan tahu? Dalam hal ini,ambil A
murni - padatan pertama, itu berubah menjadi cair; dan kemudian kami berasumsi
bahwa cairan A ini masuk ke dalam larutan. Jadi, dalam hal ini, Anda dapat
dengan mudah menuliskannya, Anda dapat memeriksa catatan Anda sebelumnya. Dalam
kasus khusus ini, di sinilah energi bebas itu H. mA ( 1- T / T mA); padahal ini
RT ln { Sebuah L SEBUAH }. Kami menganggap solusi ideal; solusi menjadi ideal,
maka ini adalah fraksi atom A in cair. Jadi, Anda menambahkan keduanya, ini
adalah energi bebas, jadi ini adalah energi bebas molar parsial dari A dalam
cairan, dan ini harus sama dengan ini. Jadi, itulah energi bebas molar parsial;
itu juga dikenal sebagai potensi kimia; dan kedua potensi ini seharusnya 0.
Jadi, jika menjumlahkan keduanya, kita berasumsi bahwa ini semacam reaksi kimia,
dan menambahkan keduanya dan berada.
kasus ini, kita
dapat mengatakan bahwa fraksi atom, log { N L SEBUAH
} akan menjadi fungsi dari: yang ditampilkan di sini. Jadi, ini Anda dapat
melakukan penyederhanaan aljabar saja, ini sama dengan ini; dan Anda dapat
menerapkan konsep yang sama ke wilayah diagram ini dan kemudian Anda
mendapatkan ekspresi serupa untuk ini. Sekarang, jika di sini, jadi semua ini
diketahui, ini diketahui, ini diketahui, ini diketahui, suhu ditetapkan. Jadi,
dimungkinkan untuk menghitung N SEBUAH yaitu komposisi cairan sebagai fungsi,
pada suhu tertentu T. Dan jika Anda melakukannya, Anda akan dapat membuat plot
ini. Dengan cara yang sama, jika Anda mencoba menyelesaikannya, Anda akan dapat
membuat plot ini; dan dimanapun keduanya bertemu, maka disinilah komposisi zat
cair yang berada dalam kesetimbangan dengan A sama persis dengan komposisi zat
cair yang berada dalam kesetimbangan dengan B.Jadi, dalam kasus ini, jumlah
totalnya akan menjadi 1. Jadi, dalam hal ini adalah bagaimana mungkin untuk
mengetahui suhu eutektik serta komposisi eutektik, dan untuk ini Anda dapat
dengan mudah mengaturnya dalam spreadsheet, dan kemudian dan hasil ini yang
ditunjukkan di sini, di yang selanjutnya.
Jadi, ini adalah temperatur yang berbeda; ini adalah titik leleh salah
satu dari keduanya, yaitu lebih tinggi; dan ini dalam kelvin, derajat kelvin;
dan kita menghitung N itu B - fraksi atom B; dan ini yang lainnya.
Jika kita memplot
keduanya, maka kita mendapatkan: ini adalah diagram yang kita dapatkan, dan
komposisi eutektik ini mendekati sekitar, katakanlah fraksi atom 0,55, dan suhu
ini menjadi 408 °Kelvin.
Sistem
peritektik biner. Sekarang, sistem perarsitektur biner kita tahu, ini adalah satu
cara, kita dapat mengatakan ketika melihat diagram fasa, kita mengatakan ini adalah
alat yang sangat berguna, kita tahu yang dengannya kita dapat mengetahui
tentang persentase fasa, kita membuat beberapa perkiraan kuantitatif , seperti misalnya dalam kasus
khusus ini, misalnya wilayah alfa beta ini, Anda tahu bagaimana propertinya
akan bergantung? Misalkan kita berasumsi bahwa alpha lebih lembut, beta lebih
keras. Jadi, ada kemungkinan, apa yang bisa kita katakan; Anda dapat menerapkan
aturan campuran untuk mengetahui propertinya. Jadi, jika Anda mengetahui
persentase alfa, Anda dapat mengetahui properti campuran; misalkan kita
mengatakan bahwa komposisi tertentu, dalam hal ini, kita mencoba menemukan
bahwa pada sumbu ini, kita menerapkan kekuatan tarik atau kekerasan. Katakanlah
beta memiliki kekerasan tertentu, katakanlah beta dari komposisi tertentu, komposisi
ini memiliki kekerasan tertentu, katakanlah, ini adalah nilai kekerasan ini;
dan kemudian alfa memiliki kekerasan tertentu, dalam hal ini di wilayah ini,
saat jumlah beta meningkat, jika Anda mengikuti ini, itu akan mengikuti sesuatu
seperti ini, ketergantungan linier. Jadi, jika Anda mengetahui persentase beta,
Anda akan dapat mengetahui properti tersebut.
Kita telah melihat pada dua jenis reaksi invarian; lihat satu adalah
eutektik, di mana cairan terdisosiasi menjadi campuran dari dua fase berbeda,
dua fase berbeda yang memiliki sifat fisik berbeda; sifat mekanik fisik;
struktur kristal terpisah; seperti alfa dan beta. Dan kami juga telah melihat
sistem peritektik, di mana dua fase mengatakan cairan bereaksi dengan alfa
menghasilkan kristal yang sama sekali berbeda, katakanlah beta, fase berbeda
yang disebut beta. Jadi, dua kasus ini, kami telah melihat. Tetapi diagram fase
nyata pada dasarnya tidak terlihat, bukan larutan padat sederhana atau eutektik
atau peritektik, mereka sering terdiri dari beberapa daerah dua fase, dan
reaksi invarian yang melibatkan tiga fase dalam sistem biner. Sekarang, reaksi
invarian umum ini, Anda memiliki beberapa reaksi invarian selain eutektik dan
peritektik, dan kita akan melihatnya. Dan kita dapat secara luas mengklasifikasikan
invarian ini menjadi dua kelompok dalam satu kasus, satu fase
Kelompok pertama yaitu; satu fase dipisahkan menjadi dua fase; sekarang
contoh ini kita telah melihat secara rinci, katakanlah itu eutektik dan di sini
ini menunjukkan sebagian kecil dari diagram fase eutektik dekat isoterm
eutektik. Jadi, seperti di sini, ini eutektik, Anda memiliki dua larutan padat
alfa dan beta, dan ini adalah cairan, dan ini berdisosiasi di sini. Jadi, ini
benar-benar cair, dan ini adalah campuran alfa dan beta; dan mereka adalah
campuran yang intim. Dan sekarang kita dapat memperpanjang ini, dalam kasus di
mana cairan juga dapat memiliki batas kelarutan, ada beberapa contoh dalam
cairan, yang dapat Anda pikirkan untuk mencoba mencampur minyak dan air, mereka
tidak bercampur. Jadi, ada kemungkinan ada dua fase ini, jika Anda mencoba
mencampurkan dalam bentuk cair, keduanya mungkin tidak larut satu sama lain
atau mungkin sebagian larut satu sama lain. Jadi, ada beberapa contoh seperti
itu. Dan mari kita menggeneralisasi bahwa kita memiliki cairan, dan ia
terdisosiasi menjadi dua cairan berbeda yang memiliki komposisi berbeda; yang
kami wakili sebagai L 1 dan lainnya kami wakili sebagai L 2. Dan jika kita
memiliki reaksi, katakanlah satu cairan L. 1 terdisosiasi menjadi padatan
cairan lain yang berbeda, dan yang ditampilkan di sini; ini alfa, ini L 1, dan
sisi ini, cairannya adalah L. 2, dan ini adalah celah miscibility; Artinya,
cairan di sini, dalam komposisi khusus ini, cair jika memiliki komposisi ini suhu,
mereka tidak akan bercampur dan mereka tidak sepenuhnya dapat bercampur. Mereka
akan berdisosiasi menjadi dua cairan L 1.
Selanjutnya adalah kasus kedua, di mana dua fase bereaksi menghasilkan
fase ketiga. Kami melihat peritectic, di mana alpha bereaksi dengan cairan
menghasilkan beta, yang ditampilkan di sini. Sekarang, ada beberapa varian dari
ini, dan dari mana Anda dapat memperolehnya dengan cara yang sama bahwa dari
reaksi eutektik. Dan di sini, katakanlah seperti dalam kasus khusus ini: perarsitektur,
di sini Anda memiliki alfa, sisi ini cair, dan di sini Anda memiliki alfa dan
cairan, keduanya bereaksi, dan membentuk beta larutan padat yang berbeda.
Sekarang Anda dapat memikirkan tentang imisibilitas cairan itu artinya, jika
ada cairan yang tidak bercampur seperti ini, cairan di sini terdisosiasi
menjadi dua cairan L. 1 dan saya 2. Sekarang, keduanya dapat bereaksi dan
membentuk padatan. Jadi, ini kemungkinan. Dan ini disebut reaksi sintektik. Dan
seperti eutektoid, dimungkinkan juga di sini, dua fase padat bereaksi dan
menghasilkan fase padat ketiga, dan ini disebut peritectoid. Jadi, biasanya di
sini ini adalah alfa, ini adalah gamma, di sini Anda memiliki alfa dan gamma
yang hidup berdampingan di wilayah ini, dan dalam komposisi khusus ini, keduanya
bereaksi dan memberi Anda fase beta yang berbeda. Dan bagian ini akan memiliki
alpha plus beta, bagian ini akan memiliki beta plus gamma, ini disebut reaksi
peritectoid.
Dalam kasus khusus ini, ini adalah A murni, ini B murni, ini adalah
cairan, ini adalah satu terminal larutan padat alpha; dan di sini alfa, ini
adalah reaksi peritektik, alfa bereaksi dengan cairan menghasilkan gamma
larutan padat menengah; dan ini adalah beta larutan padat terminal, dan Anda
memiliki isoterm reaksi eutektik di sini.
Kita ambil satu kasus: satu reaksi monotektik dan satu reaksi eutektik;
bagaimana kamu akan menggambar? mengikuti prinsip yang sama; dan kemudian kita mendapatkan
diagram sebagai salah satu contoh, jadi bagian ini, ini monotektik. Sekarang,
jika Anda melihat pada monotektik ini, sekarang Anda seharusnya dapat memberi
label pada diagram ini. Saya meninggalkan ini sebagai latihan. Jadi, wilayah
fase tunggal ini telah diberi label, tetapi saya telah meninggalkan {sisanya}.
Misalkan, Anda mengatakan apa yang merupakan garis liquidus, sehingga garis
liquidus berubah sesuai komposisi. Bagian atas ini; ini adalah garis cair.
Demikian pula dengan garis solidus? Jadi, padat: bagian ini padat, tapi di sini
tidak padat. Jadi, solidus, ini solidus, jadi ini isoterm, ini garis solidus;
sama halnya, solvus: Anda dapat mengatakan ini adalah garis solvus, ini adalah
garis solvus, dan ini adalah daerah dua fase. Jadi, region ini adalah alpha
plus beta, region ini adalah alpha plus L.
Kesimpulan
Sekarang diagram fasa: jadi dengan ini, kita telah melihat beberapa
jenis diagram fasa, kita telah melihat sistem isomorf, maksud saya, kita juga
melihat beberapa variasi sistem isomorf seperti yang menunjukkan maksimum dan
yang lain menunjukkan minimum; kita melihat pada struktur eutektik, struktur
eutektik dapat berupa [beberapa] biasa, atau lamelar, seperti batang, atau
jenis mikrostruktur tidak beraturan yang dapat dimilikinya, tetapi bagaimanapun
eutektik akan menjadi campuran yang erat dari dua fase yang berbeda. Kemudian
kita juga telah melihat bahwa dalam satu kasus khusus suhu eutektik, kita telah
menghitung suhu eutektik dan komposisi dari konsep termodinamika; dari energi
bebas transformasi, kami telah memperkirakan sistem kadmium-bismut. Ketika kita
melihat pada beberapa reaksi invarian, beberapa reaksi invarian yang kita
amati, dan secara umum reaksi invarian ini telah diklasifikasikan menjadi dua
kelompok yaitu satu, di mana satu atau satu fase terdisosiasi menjadi dua pada
suhu tertentu; dan kategori kedua, dua fase bereaksi bersama untuk membentuk
fase berbeda ketiga pada pendinginan. Kemudian kami juga melihat konstruksi
diagram fase kompleks dari beberapa reaksi invarian. Dan kami juga melihat
representasi transformasi alotropik. Sekarang di sini sebagian besar diagram
ini, untuk sistem biner, Anda mungkin bertanya-tanya bagaimana cara
menentukannya? Dan di sini, kami mempelajarinya, di kelas awal kami tentang
teknik eksperimental. Dan di sana kami berbicara tentang analisis termal secara
rinci; dan analisis termal memberikan dasar, maksud saya, alat utama untuk
evaluasi diagram fasa, Anda dapat mengingat bahwa salah satunya adalah kurva
pendinginan sederhana, dan yang telah kami rujuk dalam mencoba mencari tahu
bagaimana struktur berkembang selama pemadatan. Tetapi ada varian analisis
termal yang lebih baik seperti analisis termal diferensial atau DSC -
Kalorimetri Pemindaian Diferensial dapat digunakan. Mereka memberi kita
penentuan akurat dari suhu transformasi ini yang berarti, ketika pemadatan
dimulai, ketika selesai, ketika transformasi keadaan padat terjadi; dan selain
itu juga, Anda juga dapat menggunakan properti fisik lainnya, untuk menentukan
diagram fasa seperti: Anda dapat melakukan pengukuran resistivitas; apapun,
properti fisik apapun, yang merupakan fungsi dari struktur dan komposisi
kristal dapat digunakan untuk menentukan diagram fasa. Dan kami juga telah
mengilustrasikan bahwa satu kasus khusus yang membahas diagram fase per
arsitektur, bahkan analisis mikrostruktur sederhana juga dapat membantu Anda mengidentifikasi
batas fase. Dengan ini, kami berhenti di sini; kuliah hari ini dan kami akan
melanjutkan dengan beberapa kelas lagi pada diagram fase biner. Saya pikir,
kelas berikutnya, kita mungkin akan melihat penyimpangan dari idealitas,
termodinamika. Dan kami juga akan melihat apa yang terjadi, karena sejauh ini,
kami membahas evolusi struktur, ketika paduan didinginkan dengan kecepatan yang
sangat lambat; dimana pada setiap tahap, keseimbangan dipertahankan.
Katakanlah, zat cair perubahan komposisi, dapat dengan mudah menyesuaikan
dengan perubahan komposisi, karena di sini pergerakan atom jauh lebih cepat
daripada di zat padat. Tapi begitu bentuk padat, dalam bentuk padat agar
komposisi berubah.
Solidifikasi Paduan Biner (Lanjutan)
(Kuliah No. 21)
Diagram fasa biner pada dasarnya adalah
representasi grafis dari komposisi fasa dan jumlahnya
pada suhu dan tekanan tertentu. Dan biasanya tekanan
ini adalah 1 atmosfer dan sistem diasumsikan berada dalam kesetimbangan di setiap langkahnya.
Komposisi rata-rata padatan akan mengikuti garis yang berbeda. Padatan tidak dapat mengubah komposisinya dengan cepat, secepat
yang diharapkan. Oleh karena itu, garis rata-rata mengikuti ini dan cairan terakhir
yang membeku di sini, akan memiliki komposisi
yang lebih kaya daripada ini.
0 komentar:
Posting Komentar