АНАЛИЗ ДИАГРАММ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Ивановский государственный университет

Кафедра экспериментальной и технической физики

АНАЛИЗ ДИАГРАММ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ

ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВОВ

Методические указания к лабораторному практикуму

по курсу «Физическое материаловедение»

для студентов специальности 010400

Иваново 2008

Печатается по решению методической комиссии

физического факультета

Ивановского государственного университета

Составители:

кандидат техн. наук, доцент В.В. Новиков,

доцент Н.М. Оношин

(Ивановский государственный университет),

Рецензент:

доктор химических наук, доцент С.А. Сырбу

(Ивановский государственный университет)

Теоретические сведения

Строение сплавов

Под сплавом подразумевается вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны и другие способы приготовления сплавов — спекание,… Компоненты сплава – это химические элементы, из которых состоит сплав. Сплав,… Сплавы характеризуются химическим составом. Химический состав сплава указывает на количественное соотношение…

Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава. Если изменяется состав сплава, его температура, давление то… Диаграмма состояния показывает устойчивые состояния, т. е. состояния, которые… Для двухкомпонентных сплавов диаграмма состояния показывает изменение состояния в зависимости от температуры и…

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Диаграммы состояния рассматривают в условиях равновесия. Они позволяют качественно характеризовать многие физико-химические, механические и технологические свойства.

Умея читать диаграмму состояния, можно представить полную картину образования сплава, процессы кристаллизации, можно определить оптимальную температуру заливки сплава, определить его жидкотекучесть; определить склонность к ликвации. Анализ диаграммы состояния позволяет решать и другие важные инженерные задачи. На её основании можно определить, какие именно сплавы и в каком направлении изменяют свою структуру, и многие свойства при переходе к неравновесному состоянию, зависящему от реальных условий литья, обработки давлением и, специально выполняемой, термической обработки. В этих случаях по диаграммам можно определить, какую тепловую обработку может воспринимать данный сплав и какие температурные режимы будут для него наиболее рациональными.

Таким образом, диаграммы состояния двойных и более сложных систем показывают графически, как с изменением химического состава и температуры изменяются структура, количество и состав фаз, находящихся в равновесии. Любая точка в площади диаграммы состояния сплавов показывает:

1) химический состав сплава;

2) температуру сплава;

3) фазовый состав сплава;

4) структуру сплава.

ЗАДАНИЕ

1. Начертить диаграмму состояния (в произвольном масштабе).

2. Дать буквенные обозначения всем линиям диаграммы.

3. Сделать фазовый анализ всех областей диаграммы и определить количественное соотношение фаз при заданной температуре(температуры задаются преподавателем).

4. Описать все изотермические превращения в заданных диаграммах.

5. Во всех областях диаграмм указать структуры, образующиеся в сплавах данных систем в состоянии равновесия.

6. Построить кривые охлаждения в координатах температура-время для заданных концентраций с объяснениями всех фазовых превращений, происходящих в процессе охлаждения. Правильность построения кривых охлаждения проверить применяя правило фаз.

7. Определить количественное соотношение структурных составляющих сплавов при комнатной температуре и изобразить графически образующиеся структуры сплавов.

Методические указания: Задание выполняется в виде самостоятельной домашней работы в отдельной тетрадке и защищается студентов на практическом занятии. Вариант задания назначает преподаватель.

ПРИМЕЧАНИЕ. Выше заштрихованных областей (выше линии ликвидуса) сплавы находятся в жидком состоянии. Ниже заштрихованных областей (ниже линии солидуса) сплавы находятся в твердом состоянии. В заштрихованных областях присутствуют две фазы (жидкая фаза и кристаллы твёрдой фазы).

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

1. Чертим диаграмму состояния (в произвольном масштабе) и даем буквенные обозначения всем линиям диаграммы латинскими прописными буквами (рис. 10).

2. Из диаграммы видно, что в системе кроме жидкого расплава L в твердом состоянии можно выделить три фазы. Выписываем их характеристики:

a — твердый раствор на базе чистого компонента A;

b — твердый раствор на базе компонента В;

g — химического соединение нерегулярного состава А_nВ_m

3. Строим таблицу, в которую заносим характеристику всех областей диаграммы по фазовому составу и структуре:

Область	Фазовый состав	Структурный состав сплава
IGH	L + a	Кристаллы a в расплаве
CDFG	L + b	Кристаллы b в расплаве
СFHP	L + g	Кристаллы g в расплаве
JDSD	b	Однофазный сплав
FDSM	b + g	Механическая смесь cо структурой перитектики
KPFM	g	Однофазный сплав
AGPK	a + g	Механическая смесь: кристаллы свободной фазы + эвтектика (a + g)

4. Строим таблицу с анализом изотермических превращений в сплаве АВ:

Линия превращений	Характеристика превращений
GHP	L ® a + g эвтектическое превращение
CFD	L + b ® g перитектическое превращение

5. Строим кривую охлаждения для сплава с составом Х. Для этого проводим на диаграмме состояния штриховую линию, проходящую через точку Х и параллельную оси температур (рис. 10). Она дважды пересекает линии фазовых превращений на диаграмме, при этом одна из линий — линия изотермического превращения. Поэтому кривая охлаждения сплава будет два раза изменять свой наклон, причем один раз преврашение будет происходить при постоянной температуре. Обозначим точки пересечения на диаграмме цифрами. В координатах «температура — время» строим кривую охлаждения сплава, а также схематически рисуем эскизы видимой по микроскопом структуры сплавов на каждом этапе (рис. 11).

6. Определяем соотношение фаз в сплаве Х при комнатной температуре (температуру на линии АВ считаем комнатной). Сплав получается двухфазным. Воспользуемся правилом отрезков. Содержание фазы g обозначим, содержание фазы b обозначим . Тогда