Анализ диаграмм состояния двойных
СПЛАВОВ
Цель работы: установить связь между диаграммами состояния, структурой и свойствами сплавов.
План работы
1. Выполнить анализ диаграмм состояния сплавов Рb - Sb и Сu-Ni.
2. Построить кривые охлаждения заданных сплавов.
3. Исследовать микроструктуры сплавов.
Пояснении к работе
Диаграмма состояния системы сплавов представляет собой графическое изображение состояния сплава в зависимости от температуры и концентрации.
Диаграммы состояния строятся экспериментальным путем в координатах состав сплава - температура, Для их построения используется ряд анализов, основные из которых: термический, химический, микроструктурный, рентгеноструктурный. При термическом анализе получают кривые охлаждения в координатах температура - время (рис. 1). Если при охлаждении в исследуемой системе не происходит изменений в строении, то кривая получается плавной, без перегибов (рис. 1,а), В случае охлаждения чистого металла (рис. 1,б) происходящая кристаллизация сопровождается выделением скрытой теплоты, которая полностью компенсирует теплоотвод в окружающее пространство, и температура остается постоянной в течение времени кристаллизации, т. е. чистый металл кристаллизуется при постоянной температуре. Такой же вид имеет кривая охлаждения сплава—смеси эвтектического состава. После завершения кристаллизации температура понижается.
Двойные сплавы в отличие от чистых металлов кристаллизуются в интервале температур. При кристаллизации твердого раствора на кривой охлаждения имеются точки перегиба (рис. 1,в). Кривая охлаждения
сплава—механическая смесь (рис. 1,г) имеет горизонтальный участок,
что соответствует кристаллизации эвтектики.
 |
а) б)
в) г)
Рис. 1 Кривые охлаждения
Точки перегиба на кривых охлаждения соответствуют критическим точкам. Критическая точка - это температура, соответствующая структурным превращениям и сплаве. В обоих случаях верхние критические точки соответствуют началу кристаллизации, а нижние — концу.
Пример построения диаграммы состояния приведен на рис. 2. На кривых охлаждения (рис. 2, а), построенных для сплавов с различной концентрацией компонентов, отмечают критические точки. Эти точки переносят на координатную сетку диаграммы состояния (рис. 5,б). Соединив точки начала и конца кристаллизации, получают линии ликвидус и солидус.
Таким образом, линия ликвидус - геометрическое место точек начала кристаллизации при охлаждении и конца плавления при
нагреве. Линия солидус—геометрическое место точек конца кристаллизации при охлаждении и начала плавления при нагреве.
Выше линии ликвидус сплав находится в жидком состоянии Ж, ниже линии солидус—в твердом (αтв). Между линиями ликвидус и солидус сплав находится в полужидком состоянии (имеются жидкая и твердая фазы).
Анализ диаграммы состояния сплава проводится с помощью правил фаз и отрезков. Для проведения анализа необходимо изучить следующие понятия и определения.
Сплав — сложное вещество, полученное в результате сплавления двух или более компонентов.
а) б)
Рис. 2. Построение диаграммы состояния по кривым охлаждениям
Компонент—составляющая сплава, им могут быть химические элементы или устойчивые химические соединения.
Система — совокупность веществ в твердом, жидком и газообразном состояниях, при известных условиях (температура, давление), занимающая определенный объем. Системы, состоящие из одного химического элемента или соединения. называют простыми, а из нескольких — сложными.
Эвтектика — мелкозернистая смесь, состоящая из двух или более
фаз, кристаллизующихся одновременно при постоянной температуре из жидкой фазы, имеющая определенный состав и наименьшую для данного сплава температуру плавления.
Фаза — однородная внутри тебя часть системы, отделенная от других частей (фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую строение и свойства меняются скачками.