Закономерность изменения числа фаз в гетерогенной системе определяется правилом фаз

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:

С = К – Ф + 2,

где С – число степеней свободы системы (или вариантность) – это возможность изменения температуры, давления и концентрации без изменения числа фаз, находящихся в равновесии;

К – число компонентов, образующих систему, т.е. минимальное число химических элементов, необходимых для образования любой фазы системы;

Ф – число фаз, находящихся в равновесии

Фаза – это однородные (гомогенные) составные части системы, имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение и свойства, одно и то же агрегатное состояние и отделенные от составных частей поверхностями раздела);

2 – число внешних факторов, которые изменяются в системе (температура и давление).

При изучении физико-химических равновесий за внешние факторы, влияющие на состояние сплава, принимают температуру и давление. Применяя правило фаз к металлам, можно во многих случаях принять изменяющимся только один внешний фактор – температуру, так как давление, за исключением очень высокого, мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях. Тогда уравнение примет следующий вид:

С = К – Ф + 1,

где 1 – число внешних факторов, которые изменяются в системе (температура).

Так как число степеней свободы не может быть меньше нуля и не может быть дробным числом, то

К – Ф + 1 > 0, а

Ф ≤ К + 1,

т.е. число фаз в сплаве, находящемся в равновесном состоянии, не может быть больше, чем число компонентов плюс единица. Следовательно, в двойной системе в равновесии может находиться не более трех фаз, в тройной – не более четырех и т.д.

Если в равновесии в системе с определенным числом компонентов находится максимальное число фаз, то число степеней свободы системы равно нулю:

С = 0 (нонвариантное равновесие (безвариантное)).

При нонвариантном равновесии сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных условиях: при постоянной температуре и определенном составе всех находящихся в равновесии фаз. Это означает, что превращение начинается и заканчивается при одной постоянной температуре и в равновесии находятся три фазы.

С = const, Р = const, Т = const.

В случае уменьшения числа фаз на одну против максимально возможного число степеней свободы возрастает на единицу.

С = 1 (моновариантная система (одновариантная))

При моновариантном состоянии системы в равновесии находятся две фазы при постоянных концентрации и давлении, но при изменяющейся температуре.

С = const, Р = const, Т ≠ const.