Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Bakumenko O.O. Socio-economic activity of the Zemstvo’s selfgoverment as the factor of fundation of the Civil Society in the Russian Empire at the end...полностью>>
'Документ'
Thank you for choosing to book with The Lodge. We look forward to welcoming you. By making this booking you are entering an agreement with us. Please ...полностью>>
'Документ'
Оказание бесплатной юридической помощи и осуществление правового информирования и правового просвещения органами исполнительной власти Республики Тата...полностью>>
'Документ'
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с углубленным изучение отдельных предметов №2 города Туймазы ...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Работа 1. ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ И ДИАГРАММ СОСТАВ - СВОЙСТВО

I. Построение диаграммы состояния по данным термического анализа

Одной из важнейших задач практического металловедения является построение и изучение диаграмм состояния.

Диаграммой состояния называется графическое изображение фазового состояния сплавов данной системы в зависимости от их концентрации и температуры. По этой диаграмме можно качественно судить о структуре сплавов, их физико-химических, физических, механических и технологических свойствах.

Для системы сплавов, состоящих из двух компонентов А и В, диаграмма состояния изображается в двух измерениях: по оси абсцисс откладывается концентрация компонентов, а по оси ординат — температура (рис, 1).

Диаграммы состояния строятся экспериментально путем нахождения критических точек чистых компонентов А и В и ряда их сплавов.

Критическими точками называются температуры, при которых происходит измене­ние фазового состояния сплавов или чистых компонентов. Линии диаграммы являются геометрическими местами критических точек, соответствующих аналогичным изменениям фазового состояния.

Определение критических точек производится с помощью ряда методов физико-химического анализа: термического, металлографического, дилатометрического, измерения электрических, магнитных свойств и т.д. Любой из этих методов основан на том, что изменение фазового состояния сплава сопровождается скачкообразным изменением его свойств.

Одним из наиболее простых и широко используемых методов является термический. Термический метод основан на том, что при изменении фазового состояния металла или сплава меняется его теплосодержание, так как фазовые превращения, согласно принципу Ле-Шателье, происходят либо с выделением, либо с поглощением тепла.

Для определения критических точек металла или сплава термическим методом производится построение кривых охлаждения (или нагрева) в координатах температура — время. Тепловой эффект фазового превращения сказывается на скорости изменения температуры системы, в результате чего на кривой охлаждения появляется точка перелома, соответствующая критической точке материала. Превращение может происходить как при постоянной температуре (тогда на кривой охлаждения имеется площадка), так и в интервале температур (тогда на кривой охлаждения имеются две точки перелома: точка начала и точка конца превращения).

Для объяснения вида кривых охлаждения и нагревания пользуются правилом фаз Гиббса. Правило фаз дает количественную связь между числом степеней свободы системы (С), количеством фаз (Ф) и компонентов (К) и выражается уравнением С = К — Ф + 2.

Если принять, что фазовые превращения происходят при постоянном давлении, то правило фаз принимает следующий вид: С = К-Ф+ 1. Если С = 0, то фазовое превра­щение происходит при постоянной температуре, а если С = 1, — в интервале температур. На рис. 2 представлена кривая охлаждения чистого металла. Участок 1 — 2 соответствует охлаждению жидкого металла (на рис. 2, Ж — жидкий металл, Кр — кристаллический, твердый металл). В точке 2 начинается процесс кристаллизации, т.е. переход из жидкого в твердое состояние. Изменение фазового состояния металла приводит к появлению на кривой охлаждения точки перелома. Решая уравнение правила фаз для кристаллизации чистого металла, получаем С = 0, т.е. процесс кристаллизации в чистом металле происходит при постоянной температуре.


Рис.2

В точке 3 кристаллизация заканчивается, металл полностью переходит в твердое состояние. На кривой охлаждения снова появляется точка перелома. Точкам перелома 2 и 3 на кривой охлаждения соответствует температура кристаллизации металла, являющаяся его критической точкой. На участке 3 — 4 происходит охлаждение затвердевшего металла.

Нель работы — ознакомиться с термическим методом построения диаграммы состояния системы свинец — сурьма и проанализировать эту диаграмму.

Термический метод построения диаграммы состояния системы свинец — сурьма

Для исследования даны чистые металлы Sb и РЬ и их сплавы следующего состава: 6% Sb и 94% РЬ; 13% Sb и 87% РЬ; 80% Sb и 20% РЬ.

Экспериментальная установка (рис. 3) состоит из тигельной печи сопротивления 1, в которую помещен тигель 3 с расплавом

исследуемого металла или сплава. В перегретый расплав погружена термопара 2, соединенная с гальванометром 4.

Приступая к работе, студент выключает печь из сети и в процессе охлаждения через каждые 30 с записывает показания гальванометра. По полученным данным строится кривая охлаждения в следующих координатах: по оси абсцисс — время в минутах, по оси ординат — соответствующие показания гальванометра отградуированные в градусах Цельсия. Критическим точкам сплава (или чистого металла) соответствуют точки перелома на кривой охлаждения. Критическая температура определяется точкой перегиба показаний гальванометра в градусах по градуировочным кривым. Полученные критические точки вносятся в сводную таблицу (табл. 1).

Таблица I

Номер сплава

Состав сплава, %

Температура кристаллизации, *С

РЬ

Sb

' начало

конец

1

100

-

2

94

6

3

87

13

4

20

80

5

-

100

По полученным критическим точкам строится диаграмма состояния системы свинец — сурьма. Для этого по оси абсцисс слева направо откладывается содержание сурьмы от 0 до 100%, а по оси ординат — температура. Левая крайняя ордината соответствует чистому свинцу, крайняя правая — сурьме, а каждому из исследуемых сплавов — определенная промежуточная ордината. Найденные критические точки металлов и сплавов наносятся на соответствующие ординаты и соединяются плавными линиями (рис. 4).

При небольших отклонениях температуры конца кристаллизации у различных сплавов она определяется как среднеарифметическая.

Анализ диаграммы состояния системы PbSb

Линия начала кристаллизации АСВ называется ликвидус. Выше нее сплавы находятся в жидком состоянии. Линия конца кристаллизации DCF называется солидус. Ниже нее сплавы находятся в твердом состоянии. Между линиями ликвидуса и солидуса сплавы состоят из жидкой и твердой фаз.

Точка С называется эвтектической. В ней происходит кристаллизация только одной эвтектики.

Эвтектикой называется гетерогенная смесь двух (или более в сложных системах) фаз, кристаллизующихся одновременно в оп-

ределенном количественном соотношении из жидкой фазы определенного эвтектического состава.

Кристаллизация эвтектики, согласно правилу фаз, происходит при постоянной температуре, называемой эвтектической температурой, так как

C=К - Ф + 1= 2 - 3 + 1 = О,

где К = 2 (система состоит из двух компонентов); Ф=3 (при кристаллизации эвтектики в равновесии находятся три фазы: жидкая и две твердые).

В системе свинец — сурьма эвтектическая точка соответствует содержанию 13% сурьмы и 87% свинца. Этот сплав кристаллизуется при температуре 247°С в эвтектическую смесь, состоящую из кристаллов свинца и сурьмы. Сплав, структура которого состоит из одной эвтектики, называется эвтектическим. Сплавы, содержащие сурьмы меньше 13%, называются доэвтектическими, а больше 13% — заэвтектическими.

Кристаллизация доэвтектических сплавов начинается с выделения кристаллов свинца согласно правилу фаз, этот процесс происходит в интервале температур, так как С = К — Ф + 1=2 — 2 + + 1 = 1). Жидкая фаза по мере кристаллизации свинца, постепенно обогащаясь сурьмой при температуре 247°С, принимает концентрацию эвтектической точки (13% Sb и 87% РЬ) и кристаллизуется в эвтектику. Таким образом, микроструктура доэвтектического сплава состоит из кристаллов избыточного свинца и эвтектики.

Кристаллизация заэвтектических сплавов начинается с выделения кристаллов сурьмы. Этот процесс происходит до температуры 247°С. Жидкая фаза по мере кристаллизации сурьмы постепенно обогащается свинцом, при температуре 247°С достигает концен­трации эвтектической точки и кристаллизуется в эвтектику. Микроструктура заэвтектических сплавов состоит из кристаллов сурьмы и эвтектики. Точки D и F показывают предельную взаимную растворимость друг в друге компонентов в твердом состоянии. Точка D — растворимость сурьмы в свинце, а точка F растворимость свинца в сурьме. Если растворимость компонентов друг в друге практически отсутствует, т.е. составляет доли процента, то точки D и F практически располагаются на осях ординат.

Диаграмма состояния дает возможность не только установить фазовое состояние любого сплава данной системы, но и определить количественное соотношение равновесных фаз и их химических состав. Для этого пользуются правилом рычага или правилом отрезков.

Для того чтобы определить химический состав фаз, через точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонталь до пересечения с линиями диаграммы состояния (в нашем случае — до линий ликвидуса и солидуса). Проекция точек пересечения на ось концентрации показывает составы фаз. Отрезки этой горизонтали между заданной точкой, определяющей фазовое состояние сплава, и точками, определяющими химический состав фаз, пропорциональны количествам этих фаз.

Например, фазовое состояние заэвтектического сплава, содержащего 80% РЬ и 20% Sb при температуре t{, определяется точкой а. Если через точку а провести горизонталь до пересечения с линией ликвидуса (в точке б) и с линией солидуса (в точке в), то проекция точки б на ось концентраций покажет химический состав жидкой фазы, а количественное отношение жидкой фазы и кристаллов сурьмы может быть установлено по соотношению отрезков:

=

Отчет по первой части работы

В отчете приводятся:

  1. Краткое описание применяемого метода исследования.

  2. Схема экспериментальной установки.

  3. Кривая охлаждения исследуемого сплава.

  4. Сводная таблица критических точек исследуемых сплавов.

  5. Диаграмма состояния свинец — сурьма, построенная в масштабе на основании экспериментальных данных с нанесением на нее наименования фаз.

  6. Анализ диаграммы состояния с применением правила фаз и правила отрезков.

  7. Краткие выводы по первой части работы.



Похожие документы:

  1. Построение и изучение диаграммы состояния железо-углерод

    Документ
    ... свойств заданного сплава. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД Диаграмма состояния (рис. 1) представляет собой графическое изображение; состояния сплавов ...
  2. Исследование любого сплава начинается с построения и анализа диаграммы состояния соответствующей системы, так как диаграмма состояния дает возможность изучать фазы и структурные составляющие сплава

    Исследование
    ... методическом руководстве к лабораторной работе приведены теоретические сведения о диаграмме состояния сплавов железа с углеродом, ... сплава начинается с построения и анализа диаграммы состояния соответствующей системы, так как диаграмма состояния дает ...
  3. Практикум по дисциплине «Материаловедение и технологии конструкционных материалов» для специальностей 2701202. 65 «Промышленное и гражданское строительство»

    Документ
    ... между свойствами сплава и типом диаграммы состояния» Цель работы - ознакомиться с методикой построения диаг­рамм состояния двухкомпонентных сплавов, изучить изменение свойств сплавов ...
  4. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение». Удк 620. 18: 669

    Документ
    ... Чаще всего для построения диаграмм состояния металлических систем используют термический анализ, основанный на том ... термическую обработку. Задание для выполнения работы Проанализировать диаграмму состояния сплава по указанию преподавателя: а) ...
  5. Отчёт по магистерской диссертации на тему: «Электронный вариант отдельных глав к лекционному курсу физического материаловедения, дополненного постановкой лабораторных работ»

    Отчет
    ... построение, ... состав, свойства или структура могут меняться скачкообразно. Графическим способом описания фаз, находящихся в состоянии ... сплавах в жидком и твёрдом состояниях, поэтому диаграмма состояния строится в осях T0, C,%. Фазовые диаграммы ...

Другие похожие документы..