Tài liệu Pha là gì? Giản đồ pha là gì? docx

Pha là gì? Giản đồ pha là gì?
Theo Nghiêm Hùng [1], pha là các phần có cùng cấu trúc, cùng trạng thái, cùng kiểu
mạng và thông số mạng, có tính chất cơ - lý - hóa xác định và các pha phân cách nhau bởi
bề mặt phân chia pha. (Định nghĩa này dùng cho nghiên cứu kim loại và hợp kim).
Các chi tiết trong định nghĩa trên sẽ được làm sáng tỏ khi ta nghiên cứu về giản đồ pha.
Giản đồ pha (phase diagram):
Một cách tổng quát, trong KHVL, giản đồ pha được hiểu là một loại đồ thị biểu diễn các
điều kiện cân bằng giữa các pha riêng biệt (các pha có thể phân biệt về mặt nhiệt động).
Hai loại giản đồ pha hay gặp: giản đồ nhiệt độ - áp suất (của nước chẳng hạn - rất nổi
tiếng trong Hóa Lý) và giản đồ nhiệt độ - thành phần (của hệ Fe - C, rất nổi tiếng trong
KHVL). Sau đây là hình ảnh minh họa hai loại giản đồ này:
Giản đồ nhiệt độ - áp suất của nước:
Giản đồ pha sắt - cacbon:
Giản đồ pha Fe - C cho biết tại mỗi tọa độ (nhiệt độ, thành phần) xác định, tổ chức của
hợp kim sắt - cacbon như thế nào. Tất cả các tổ chức (pha) đề cập ở đây dựa trên giả thiết
là các quá trình chuyển biến xảy ra vô cùng chậm (cân bằng)
Gian do pha Fe C
Đúng là trên giản đồ mà bạn Gem cung cấp, các khái niệm đã được ghi với mức độ "ký
hiệu hóa" cao nên hơi khó hiểu.
Từ giản đồ + tra sách (^_^), tôi xin chú giải (ở mức đơn giản) cho giản đồ:
1, Austenite solid solution of carbon in gamma iron: dung dịch rắn austenite của các-
bon trong sắt gamma.
2, Austenite in liquid: austenite phân tán trong pha lỏng (đây là vùng tồn tại của
austenite và pha lỏng)
3, Primary austenite begins to solidify: đường giới hạn mà austenite sơ cấp bắt đầu kết
tinh
4, CM begins to solidify: đường giới hạn mà xê- men- tít bắt đầu kết tinh
5, Austenite ledeburite and cementite: vùng tồn tại của các pha austenite, lê- đê- bu- rít
và xê- men- tít
6, Cementite and ledeburite: vùng tồn tại của các pha xê- men- tít và lê- đê- bu- rít.
7, Austenite to pearlite: đường giới hạn mà austenite chuyển pha thành péc- lit.

8, Pearlite and ferrite: vùng tồn tại của các pha péc- lít và ferrite
9, Pearlite and Cementite: vùng tồn tại của các pha péc- lít và xê- men- tít
10, Cementite, pearlite and transformed ledeburite: vùng tồn tại của các pha xê- men-
tít, péc- lít và lê- đê- bu- rít đã chuyển biến (dưới 723 độ C, thành phần austenite trong tổ
chức lê- đê- bu- rít chuyển biến thành péc- lít, do đó, dưới 723 độ C, lê- đê- bu- rít được
gọi là lê- đê- bu- rít đã chuyển biến)
11, Hypo- eutectoid: trước cùng tích
12, Hyper- eutectoid: sau cùng tích
13, Steel: thép (quy ước)
14, Cast iron: gang (quy ước)
Có lẽ trong các loại giản đồ pha, giản đồ Fe-Fe3C là được " quan tâm"
nhiều nhất. Các vung tồn tại các pha như vậy đã rõ.
Tuy nhiên có một điều mà rất nhiều người còn thắc mắc:
1) Khi tính thành phần pha ( ví dụ như : ở nhiệt độ 750 0C; thép C40 có hai pha :
austenite và ferite; vậy hàm lượng từng pha như thế nào??) thì sẽ áp dụng phương pháp
đòn bẩy; thế nhưng làm thế nào xác định được hàm lượng %C có trong từng pha ???
2) Tại sao có thể nói: pearlite luôn chứa 88%ferite + 12% Xe? Khi hạ xuống nhiệt độ 20
0C tỷ lệ trên còn đúng nữa không ??
Hình vẽ:
1) Em xin trình bày quy tắc đòn bẩy và công thức tính hàm lượng C trong mỗi pha:
- Quy tắc đòn bẩy:
Xét vùng tồn tại 2 pha (cụ thể trong trường hợp này là Ferrite, viết tắt là F và Austenite,
viết tắt là A, tổng quát vẫn đúng) như trên hình vẽ.
Quy tắc đòn bẩy cho :
Hàm lượng F = AC/BC
Hàm lượng A = AB/BC
Tính % C của hai pha:
%C (F) = hoành độ giao điểm của đường dóng từ B > trục thành phần (bằng độ dài
đoạn OB trên hình vẽ).
%C (A) = hoành độ giao điểm của đường dóng từ C > trục thành phần (bằng độ dài

đoạn OC trên hình vẽ).
Công thức xác định hàm lượng C trong mỗi pha có thể kiểm chứng rất đơn giản nhờ quy
tắc đòn bẩy.
2) Pearlite là tổ chức cùng tích có 2 pha Ferrite và Cementite.
Tại điểm cùng tích:
Hàm lượng C trong Ferrite = 0,06% (tại điểm cùng tích) > OB = 0,06
Hàm lượng C trong Cementite = 6,67% (do công thức của Cementite là Fe3C) > OC =
6,67
Hàm lượng C trong Pearlite = hàm lượng C cùng tích = 0,8% > OA = 0,8
Từ hình vẽ > AB = OA - OB = 0,8 - 0,02 = 0,78
AC = OC - OA = 6,67 - 0,8 = 5,87
BC = OC - OB = 6,67 - 0,02 = 6,65
Thay vào công thức tính thành phần pha (đòn bẩy) ở trên:
% Ferrite = AC/BC = 5,87/6,65 ~ 88,2%
% Cementite = AB/BC = 0,78/6,65 ~ 11,8%
Khi hạ nhiệt độ xuống 20 độ C,
Chỉ có hàm lượng C trong Ferrite thay đổi, OB (20 độ) ~ 0,006
> AB = OA - OB = 0,8 - 0,006 = 0,794
AC = OC - OA = 6,67 - 0,8 = 5,87
BC = OC - OB = 6,67 - 0,006 = 6,664
> Thay vào công thức tính thành phần pha (đòn bẩy) ở trên:
% Ferrite = AC/BC = 5,87/6,664 ~ 88,1%
% Cementite = AB/BC = 0,794/6,664 ~ 11,9%
Vì sai lệch rất nhỏ nên có thể coi như Pearlite luôn có 88% Ferrite và 12% Cementite ở
mọi nhiệt độ!
Tôi có một điều chỉnh nhỏ bài trả lời của nova:
Tại điểm cùng tích:
Hàm lượng C trong Ferrite = 0,06% (tại điểm cùng tích) > OB = 0,06
Tại điểm cùng tích: %C =0,02%! Con số 0,02; or 0,06; or 0,025 ( điểm P trong giản đồ
của gem posted là những version khác nhau. Tuy nhiên chúng ta lầy thống nhất là 0,02%.

Tôi lại có những thắc mắc sau, xin các bạn chỉ giáo giúp:
1) Theo Nova; khi tính thành phần pha ta sử dụng phương pháp đòn bẩy;
sau đó kiểm tra %C có trong từng pha từ công thức đó.
Công thức xác định hàm lượng C trong mỗi pha có thể kiểm chứng rất đơn giản nhờ quy
tắc đòn bẩy;
Thế nhưng để có công thức đòn bẩy thì việc đầu tiên là phải: Xác định hàm lượng %C
trong mỗi pha.
Vậy:
a) Làm thế nào để biết ở nhiệt độ T nào đó, %C có trong từng pha là bao nhiêu?
b) ở nhiệt độ T mà Nova trình bày, điểm B là chỉ giới hạn hòa tan của C trong ferrite; còn
điểm C chỉ %C trong austenite, đó có phải là giới hạn hòa tan của C trong austenite
không?
c) Cơ sở tóan học của phương pháp đòn bẩy là gì?
Ý kiến của em:
1, Tại nhiệt độ bất kỳ, %C trong từng pha được xác định bằng cách tại giá trị nhiệt độ đó
trên trục Y, dóng đường thẳng song song với trục X, cắt đường giới hạn hòa tan của pha
đó. Hoành độ điểm đó là nồng độ C cần tìm. Đường giới hạn hòa ta này được xây dựng
từ thực nghiệm.
2, "ở nhiệt độ T mà Nova trình bày, điểm B là chỉ giới hạn hòa tan của C trong ferrite;
còn điểm C chỉ %C trong austenite, đó có phải là giới hạn hòa tan của C trong austenite
không? "
Nói: "điểm C là giới hạn hòa tan của Các- bon trong austenite" dễ gây nhầm lẫn. Điểm C
là giới hạn dưới về nồng độ Các- bon mà austenite tồn tại tới tính cách "đơn pha".
3, Cơ sở toán học của phương pháp đòn bẩy chỉ là phương pháp nội suy/ ngoại suy (hi,
đúng không nhỉ??)
Tôi lại có cái để chưa hiểu đây.
Lily wrote:
Tại nhiệt độ bất kỳ, %C trong từng pha được xác định bằng cách tại giá trị nhiệt độ đó
trên trục Y, dóng đường thẳng song song với trục X, cắt đường giới hạn hòa tan của pha
đó. Hoành độ điểm đó là nồng độ C cần tìm.

Điểm C là giới hạn dưới về nồng độ Các- bon mà austenite tồn tại tới tính cách "đơn
pha".
1) Làm thế nào để biết: Khi nào thì lấy :giới hạn dưới; giới hạn trên hay giới hạn ở giữa
đây??
2) Để có cơ sở tóan học về phương pháp đòn bẩy, tôi thử đưa ra bài tóan dưới dạng sau
nhé:
Giả sử có phản ứng hóa học:
Pha1 -> Pha2 + Pha3 (**)
V/dụ phản ứng cùng tích:
Austenite -> Ferit + Xementit
Ta ký hiệu khối lượng pha Aus. là ma
Ta ký hiệu khối lượng pha Fer. là mF
Ta ký hiệu khối lượng pha Xe. là mX
Vậy %F = (mF/mA) *100%; tức là phải tìm tỷ số (mF/mA)=???
Thông thường thì giải bài tóan hóa học (**) để có tỷ số (mPha2/mPha1)=
là như thế nào nhỉ?
Có ai có cao kiến gì không?
Tôi xin trình bày cơ sở toán học cho "Phương pháp đòn bẩy" như sau:
Để thuận tiện tôi trình bày dưới dạng tổng quát, sau đó áp dụng cho từng ví dụ cụ thể.
1) Giả sử đối với hợp kim AB ( có %B là xb%) ở nhiệt độ T có hai pha P1 và P2. Ta cần
xác định thành phần pha P1 và P2.
- Trước hết cần xác định: ở nhiệt độ T, hàm lượng nguyên tố B có trong pha P1 và P2 là
bao nhiêu, ví dụ là xb1 và xb2; Giả sử xp2>xp1; Ta luôn có: xp2 > xb > xp1!
- Ta có thể viết được phương trình phản ứng
AB -> P1 + P2 (*)
- Gọi mAB, mp1, mp2 là khối lượng của khối hợp kim AB, pha P1 và P2 tương ứng; Như
vậy ta có:
mAB= mp1 + mp2 (1)
- Ta nhận thấy: tổng hàm lượng nguyên tố B có trong về trái và vế phải của phương trình
(*) phải là như nhau; Như vậy ta có:

xb*mAB = xp1*mp1 + xp2*mp2 (2)
- Từ (1) ta có: mp2 = mAB-mp1 ( 3)
- Thay (3) vào (2) ta có:
xb*mAB = xp1*mp1 + xp2*( mAB-mp1)
hay:
(xb-xp2)*mAB = (xp1 - xp2)* mp1
Vậy: %pha P1 = %p1 = (mp1/mAB)*100% = (xp2-xb)/(xp2-xp1) (**)
Công thức (**) chính là " Phương pháp cánh tay đòn"!
2) Bây giờ ta áp dụng cho việc tính %F và %Xe có trong Peclít tại T=727 0C.
- Tại T=727 0C, hàm lượng %C có trong F, Xe và Peclit tương ứng là: xp1=0,02%;
xp2=6,67%; xb= 0,8%.
- Vậy %F= (mF/mP)*100% = (6,67-0,8)/(6,67-0,02) *100% ~ 88%
%Xe = 100% - 88% = 12%.
Có gì Nova thông cảm múa rừu qua mắt chuyên gia nhé.
Anh em có muốn giải thích gì xin liên hệ NoVa nhé.
Chúc các bạn thành công.