Диаграмме состояния

На диаграмме состояний (см. рис. 92) .показаны области существования различных фаз. Ниже эвтектической горизонтали DCE находятся две фазы-—кристаллы А к В. Левее эвтектической концентрации из жидкости (выделяются вначале кристаллы А, а затем эвтектика. Поэтому структурное состояние доэвтектичеокого сплава можно обозначить через А + эвтектика (А+В) и заэвтектичесшго— В+эвтектика (А + В), хотя и в том и в другом случае в сплаве две фазы: А и В.

растворимость в нем кислорода. Согласно диаграмме состояний кислород—цирконий твердый раствор может содержать до 29 ат. % (6,7 % по массе) кислорода [43]. а-Цирконий может поглощать также и азот, образуя твердый раствор, содержащий до 25 ат. % (4,8 % по массе) азота. Цирконий реагирует с воздухом с образованием оксидов и нитридов. Однако реакция протекает достаточно медленно и допускает горячую прокатку металла при 600—750 °С [44].

Как известно, в качестве одного из средств борьбы с сернокислотной коррозией предлагаются режимы сгорания с коэффициентами избытка воздуха 1,01—1,05 [Л. 8-3-4, 8-25 и 8-36]. Согласно данным прямых измерений содержание SO3 снижается при этом в 5—6 раз по сравнению с обычным, а температура точки росы со 140—150 до 60° С (Л. -8-23, 8-35]. Из диаграммы состояний, однако, видно, что названному изменению концентраций соответствует уменьшение термодинамической температуры точки росы не более чем на 10° С. Показателен и тот факт, что по данным ряда исследователей измеренная на котлах температура точки росы достигает 190° С, чему по диаграмме состояний отвечает переход в SO3 почти всей серы топлива, т. е. положение явно неправдоподобное.

При отливке сплавов в металлические формы скорость их охлаждения большая. Диффузионные процессы при низких температурах будут затруднены, и многие превращения, которые должны были бы протекать согласно диаграмме состояний, не произойдут. В результате структуры сплавов приобретут метастабильный характер, механические свойства их повысятся, а жаропрочность понизится. Такие сплавы могут стареть без закалки.

Геометрическое доказательство этой теоремы строится на том, что на диаграмме состояний в координатах «температура — энтро-

турбины; Р — регенератор; X — холодильник; Н — насос; ЭГ—электрогенератор. У толуола, имеющего практически близкие с ДФС показатели по термической стабильности, Ткр составляет всего 594 К. Поэтому в ПТУ с этим ОРТ могут быть реализованы как до-, так и сверхкритические циклы. Сравнивая между собой эти циклы, отметим два обстоятельства: первое — в одинаковых температурных диапазонах термический КПД до-критических циклов больше, чем сверхкритических; второе— положительный наклон пограничной кривой пара на диаграмме состояний в Т — S координатах исключает необходимость перегрева пара на выходе из парогенератора ПТУ с докрити-ческим циклом, что способствует еще больше карнотизации цикла и упрощает конструкцию парогенератора, из числа элементов которого исключается пароперегреватель. Для обоих видов цикла Ренкина положительный наклон пограничной кривой пара на Т — S диаграмме позволяет осуществить процессы расширения рабочего тела на турбине (/—2 и 3—4) целиком в области перегретого пара, создавая тем самым благоприятные условия для ее работы. Однако температура в конце процесса расширения 3—4, определяемая давлением конденсации, оказывается значительно выше нижней температуры цикла, что приводит к необходимости дополнительного отвода теплоты и соответствующему снижению термического КПД цикла. В то же время значительный перепад между температурой рабочего тела в конце процесса расширения 3—4 и температурой конденсации позволяет осуществить регенерацию, которая в основном компенсирует снижение энергетической эффективности цикла, обусловленное спецификой фазовой диаграммы ОРТ.

Как отмечалось в гл. 2, у большинства ОРТ пограничная кривая пара на диаграмме состояний в Т—S координатах имеет положительный наклон. Поэтому температура торможения пара на выходе из турбины, определяемая давлением торможения за ее последней ступенью, существенно превышает нижнюю температуру цикла. Регенерация теплоты позволяет компенсировать этот недостаток фазовой диаграммы. Для повышения эффективности регенерации требуется применение системного подхода и современных методов оптимизации регенераторов как агрегатов, входящих в теплоэнергетические системы. В результате оптимизации регенератора должны быть определены схема движения сред и тип трубного пучка (внутренняя структура регенератора), его геометрические параметры, а также параметры течения потоков греющего и нагреваемого теплоносителей, обеспечивающие в сбщем случае минимум приведенных затрат в установку. Известны четыре основные схемы взаимного движения сред и многие (более двухсот) виды поверхностей теплообмена с различными интенсификаторами конвективного теплообмена. При таком множестве внутренних структур регенераторов найти лучшую из них в рамках решения изложенной в гл. 3 задачи оптимизации ПТУ на нескольких иерархических уровнях не представляется возможным. В этих условиях особый интерес представляют методы априорной сравнительной оценки различных внутренних структур рекуперативных теплообменников, используя которые в рамках общей задачи оптимизации ПТУ достаточно определить лишь режимно-геометрические параметры рекуператора с лучшей внутренней структурой.

В случае работы сопла на перегретом паре (характерном для большинства ОРТ вследствие положительного наклона пограничной кривой пара на Т—S диаграмме состояний) для его расчета целесообразно использовать схему изоэнтропного течения, в соответствии с которой поток достигает скорости звука в узком сечении сопла Лаваля [109].

Концентрация диффундирующего элемента уменьшается от поверхности в глубь металла (рис. 145). Как следствие этого изменяется структура и свойства. При насыщении металла, например железа, различными элементами строение слоя подчиняется общему правилу, согласно которому диффузия вызывает образование однофазных слоев, соответствующих однофазным областям диаграммы фазового равновесия Fe—М (М — любой другой элемент), пересекаемым изотермой при температуре насыщения. Диффузионный слой образуется в той же последовательности, что и однофазные области на диаграмме состояний при данной температуре насыщения. При переходе от одной фазы к другой отмечается скачок концентрации, соответствующий ширине двухфазной области на диаграмме фазового равновесия.

Концентрация диффундирующего элемента уменьшается от поверхности в глубь металла. При этом диффузионный слой образуется в той же последовательности, что и однофазные области на диаграмме состояний при температуре, равной температуре насыщения (рис. 49). Двухфазные области в диффузионной зоне могут образоваться только при

Рассмотрим случай, когда за пределами растворимости компонентов образуются механические смеси твердых растворов на основе каждого из них (рис. 3.5). На диаграмме состояний представлены: жидкая фаза Ж (выше линии ликвидуса ADB); две области (а + Ж) и (Р + Ж) (лежащие между линиями ликвидуса и солидуса АСЕВ); две области ограниченных твердых растворов аир (лежащие ниже отрезков линии солидуса, соответственно АС и BE) и двухфазная область (а + р) — область CEKF.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава. Если изменяется состав сплава, его температура, давление, и состояние сплава также изменяется, то это находит графическое отображение в диаграмме состояния.

Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Каждая вертикаль соответствует изменению температуры определенного сплава. Изменение фазового состояния сплава отмечается на диаграмме точкой. Линии, соединяющие точки аналогичных превращений, разграничивают на диаграмме области аналогичных фазовых состояний. Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют о<ба 'компонента друг с другом 'в твердом и жидком состояниях, т. е. растворимы ли они в твердом и жидком состояниях, образуют ли они химические соединения и т. д.

Химическое соединение устойчиво, если его можно нагреть без разложения до расплавления, и неустойчиво, если при нагреве оно разлагается. В зависимости от этого могут быть два вида диаграмм. Кроме того, возможно образование нескольких химических соединений между двумя компонентами, а также растворимость на базе химического соединения — эти обстоятельства также находят отражение в диаграмме состояния.

Если же компоненты в твердом состоянии образуют ограниченные твердые растворы, а также растворы на базе химического соединения, то на диаграмме состояния это отмечается областями существования соответствующих твердых растворов.

пренебречь этой небольшой степенью переохлаждения и рассматривать превращения как совершающиеся при температурах и в последовательности, указанной на диаграмме состояния. В дальнейшем будем широко пользоваться диаграммами состояний при анализе так называемых равновесных структур и превращений, совершающихся при медленных охлаждениях (нагревах).

Рассмотрим теперь процесс кристаллизации жидкого раствора по диаграмме состояния (рис. 109).

Область существования различных структур показана на диаграмме состояния (см. рис. 135). Несмотря на видимую

Все сплавы, кристаллизующиеся по диаграмме состояния, изображенной на рис. 174,0, могут быть подвергнуты термической обработке по второй, третьей или четвертой группам. При нормальной температуре все сплавы состоят из а+р-фаз. При /авт ее- и (3-фазы превращаются в -у-фазу. Последующее охлаждение определяет вид термической обработки — отжиг (медленное охлаждение) или закалку (быстрое охлаждение). Термическая обработка по второй и третьей группам возможна лишь при условии нагрева выше температуры фазовой перекристаллизации /Г)ВТ и образования у-твердого раствора.

Большинство легирующих элементов сдвигает точки S и Е (на диаграмме состояния Fe — С) в сторону меньшего -содержания углерода, поэтому граница между доэвтектоидными и заэвтсктоидными сталями, заэитектоидными

Рис. 425. Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния: а —двойная система; б — тройная система; / — сплавы, не упрочняемые термической обработкой; 2 — сплавы, упрочняемые термической обработкой

Наилучшим из этой серии сплавов является припой ПОЦ-90, по составу отвечающий эвтектике (рис. 457), т. е. имеющий самую низкую температуру начала кристаллизации (по диаграмме состояния 198°С). Фактически же^ в связи с колебаниями в химическом составе несколько выше, но не выше 202 С. Сплавы ПОЦ-70 ПОЦ-60 и ПОЦ-40 имеют температуры начала кристаллизации соответственно 325, 345 и 365°С (температура конца кристаллизации всех сплавов 198°С). Оловянноцинковые припои, по сравнению с оловянносвинцо-