Число степеней свободы (вариантность) системы — число внешних (температура, давление) и внутренних (концентрация) факторов, которое можно изменять без изменения числа равновесных фаз в системе.
Правило фаз (закон Гиббса) дает количественную связь между степенью слободы системы и количеством фаз и компонентов для получения равновесного состояния. Правило фаз можно выразить уравнением С=К - Ф+2, где С — число степеней свободы; К — число компонентов; Ф — число фаз; 2 — внешние факторы равновесия (температура, давление). Если принять, что превращения в сплавах практически происходят при постоянном давлении, тогда правило фаз принимает вид
С=К - Ф+1
Если число степеней свободы С=0 — система безвариантна, при этом нельзя изменить внешний (температуру) или внутренний (концентрацию) факторы без того, чтобы это не вызвало изменения числа фаз. Кристаллизация в данном случае происходит при постоянной температуре.
Если число степеней свободы С=1 — система одновариантна, при этом изменение одного из факторов равновесия не вызывает изменения числа фаз. Процесс кристаллизации протекает при понижающейся температуре.
Если число степеней свободы С=2 — система двухвариантна, возможно изменение обоих факторов равновесия без изменения числа фаз.
Правило отрезков применяется в двух случаях: для нахождения состава фаз и для определения их количественного соотношения.
В первом случае для нахождения состава фаз через точку, характеризующую состояние системы, проводят горизонтальную линию (каноду) до пересечения с линиями, огранивающими данную область диаграммы состояния. Проекции точек пересечения на ось концентрации показывают состав фаз.
Рис. 3. Определение состава и количественного соотношения фаз с помощью правила отрезков
В приведенном примере (рис. 3) для сплава в состоянии точки «с», проведя линию аb, получаем, что состав твердой фазы соответствует проекции точки b, состав жидкой фазы — проекции точки а.
Количественное соотношение фаз обратно пропорционально отрезкам, прилегающим к точкам, определяющим состав этих фаз. В данном примере отношение количества твердой фазы Qтв к количеству жидкой фазы Qж обратно пропорционально отношению отрезков bc и ca: Qтв/ Qж= ca/ bc.
Если требуется определить долю твердой (или жидкой) фазы во всем сплаве, то соотношение будет иметь следующий вид:
Qтв/ Qспл= ac/аb