Диаграмма состояния сплавов с полиморфными превращениями компонентов и эвтектоидным превращением.

Диаграмма состояния сплавов, у которых высокотемпературные модификации компонентов γ обладают полной взаимной растворимостью, а низкотемпературные αF, βN – ограничены, приведена на рис. 2.2з.

 

По аналогии с линией эвтектического превращения DCE и эвтектической точкой C на рис. 2.2в линию СDE называют линией эвтектоидного превращения, а D – эвтектоидной точкой. Смесь кристаллов ограниченных растворов α (на основе низкотемпературной модификации полиморфного компонента А) и β (на основе низкотемпературной модификации полиморфного компонента В), которая образуется в твердом состоянии по реакции γD → αC + βE, получила название эвтектоида.

Сплавы, расположенные левее эвтектоидной точки D, называют доэвтектоидными, а сплавы, расположенные правее D, – заэвтектоидными.

2.6. Описание диаграммы состояния

Диаграммы состояния систем конкретных компонентов (например, «Железо – углерод», «Медь – алюминий» и др.) редко являются простейшими (типовыми) диаграммами. Они, как правило, являются сложными (комбинированными) диаграммами, в строении которых нужно уметь выделить простейшие (типовые) части их. На рис. 2.3 приведена сводная таблица так называемых геометричес­ких образов различных превращений, т.е. показано расположение линий диаграмм, характерное для различных случаев взаимодействия компонен­тов и фаз.

В этом подразделе задания студент, изучив простейшие (типовые) диаграммы состояния (рис. 2.2) и ориентируясь по свод­ной таблице геометрических образов (рис. 2.3), должен дать общий анализ заданной диаграммы состояния, т. е. ответить на следующие воп­росы:

· Растворяются ли компоненты в жидком состоянии и как (ограниченно или неограниченно)?

· Растворяются компоненты в твердом состоянии, образуя ограниченные или неограниченные твердые растворы, или не растворяются, образуя смеси чистых компонентов, химических соединений и т.п.? Если образуются твердые растворы, то нужно их перечислить.

· Образуют ли компоненты устойчивые или неустойчивые химические соединения? Если образуют, то нужно перечислить их формулы и хи­мические составы.

· Перечислить все нонвариантные превращения, протекающие в заданной системе (эвтектические, эвтектоидные, перитектические, перитектоидные и др.), дать при этом словесное описание сути этих превращений, написать их уравнения, указать температуру и химические составы участвующих фаз.

 

Полиморфные превращения
       

 

Рис. 2.3. Сводная таблица геометрических образов различных превращений

2.7. построение кривой охлаждения заданного
сплава и Описание процесса кристаллизации

Сначала необходимо указать, до какой температуры сплав охлаждается, находясь в жидком состоянии (точка ликвидус), и на гра­фике в координатах «Температура – Время» от любой точки, расположенной на оси ординат выше точки ликвидус, провести до нее круто падающую кривую. Это будет первый участок кривой охлаждения.

 

Затем для каждого температурного ин­тервала, образованного критическими точками, а также для ин­тервала под нижней критической точкой:

· описать процесс кристаллизации, который начинается при достиже­нии сплавом данной критической точки;

· пользуясь правилом фаз, установить, идёт ли описываемый процесс в интервале температур или при постоянной температуре;

· на кривой охлаждения изобразить новый ее участок в рассматривае­мом интервале температур, идущий под другим углом, нежели преды­дущий, если процесс идёт при изменении температуры, или изобра­зить горизонтальную площадку, если процесс идёт при постоянной темпера­туре;

· написать уравнение рассматриваемого процесса;

· описать структуру, которая сформировалась в сплаве к моменту окончания рассматриваемого процесса.

После рассмотрения последнего температурного интервала (под ниж­ней критической точкой) ответ на этот пункт задания следует завершить описанием структуры сплава, сформировавшейся к моменту окончания последнего превращения.

Для правильного описания процесса кристаллизации заданного сплава надо, опираясь на знание типовых диаграмм и ориентируясь по таблице геометрических образов (рис. 2.3), правильно устано­вить, каким фазовым превращениям соответствуют линии диаграммы, пе­ресекаемые ординатой заданного сплава.

Применяя «правило фаз» (2.1), определить, можно ли менять внешний
фактор, не нарушая равновесие фаз. При К = 2, Ф = 3, С = 0 – нонвариантная система и, следовательно, чтобы сохранить равновесие фаз, охлаж­дать сплав нельзя, процесс идёт при постоянной температуре (на кривой охлаждения – горизонтальная площадка) и при строго определенных
(единственных) концентрациях фаз, участвующих в этом процессе. Если
число степеней свободы С = 1 (моновариантная система) или С = 2 (бивариантная система), то процесс идёт в интервале температур и на кривой
охлаждения началу данного процесса соответствует точка перегиба (из­менение наклона кривой).

Первичной кристаллизации (образования твёрдых фаз из жидкого
сос­тояния) соответствуют три типовые кривые охлаждения (рис. 2.4, 2.5, 2.6).

 

I

III

IV
 

 
Температурный интервал, °С Фазы Структура
1400–1200 Ж Ж
1200–1000 Ж, Ж+γ
1000–600 γI γ
600–500 γ, В γ+ВII
500–0 γ, В ВII+(α+В)

 

Рис. 2.7. Диаграмма сплава с эвтектоидным превращением и таблица с указанием
фазового и структурного состава сплава I в разных интервалах температур

 

Под структурными составляющими понимают отдельные, обособленные части сплава, имеющие при рассмотрении под микроскопом однообразное строение с присущими им характерными особенностями. Структура ха­рактеризуется видом, формой, величиной, относительным количеством, распределением составляющих по объему или в плоскости шлифа. Струк­турная составляющая может состоять из одной, двух и более фаз. Фор­мирование структуры прослеживается легче всего по превращениям, ука­занным на кривой охлаждения. Нужно следить за тем, какая (или какие) фаза участвует в фазовом превращении. Могут быть различные варианты. Например, двухфазный сплав, достигнув критической температуры, испы­тывает фазовое превращение. При этом фазы, взаимодействуя, расходу­ются полностью и образуется новая фаза. Возможен и другой путь. Одна фаза превращается в смесь фаз, а другая переходит в область низких температур как структурно свободная составляющая. Пример приведен на рис. 2.7.

Рис. 2.8. Примерная структура сплава I при комнатной температуре

 

В интервале 1000–600 °С сплав был однофазным. При охлаждении от 600 до 500 °С из γ-твёрдого раствора выделяются вторичные кристаллы компонента ВII. При 500 °С имеет место эвтектоидное превращение γ→(α+В). Вторичные кристаллы ВII в реакции участия не принимают. После завершения реакции они оказались на границе раздела эвтектоидных колоний (рис. 2.8). Таким образом, структура сплава при температуре ниже 500 °С состоит из вторичных кристаллов компонента и эвтектоида: ВII+(α+В).

2.8. Анализ состояния сплава
при заданной температуре

На ординате, соответствующей заданному (согласно варианту задания) сплаву, нанести точку, отвечающую указанной в таблице температуре. Обозначить ее любой буквой. Написать ответ на первую часть вопроса: из каких фаз состоит сплав при заданной температуре. Название фаз выписать из области диаграммы, в которую попадает горизонтальная линия (конода), соответствующая заданной в варианте температуре.

Для определения количественного соотношения фаз необходимо провести горизонталь (коноду) до пересечения с ближайшими линиями диаграммы. Конечные точки этой горизонтали обозначить какими-либо буквами и спроектировать на ось концентраций для определения состава (содержания компонентов А и В в процентах).

Для определения веса фаз на 1 килограмм сплава необходимо воспользоваться формулой (2.4). Длины отрезков не следует измерять линейкой. Необходимо воспользоваться осью концентраций, т. к. при нахождении составов фаз были спроектированы конечные точки коноды на эту ось и определены их абсциссы в соответствующем масштабе.


2.9. Варианты заданий для домашней работы
«Анализ двойных диаграмм»

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 





 

 

 







3. ДомашнЯЯ РАБОТА «Контрольная работа
по материаловедению»

3.1. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕЙ РАБОТЫ
«Контрольная работа по материаловедениЮ»

Задания выдаются индивидуально каждому студенту в соответствии с рабочими программами и учебными планами.

Каждый вариант задания состоит из вопросов и задач по основным разделам дисциплины «Материаловедение».

При выполнении домашней работы студенты должны проявить знание теоретических основ дисциплины, умение выбирать металлические материалы для изготовления различных изделий и назначать им термическую обработку, а также ознакомиться с особенностями состава, строения и областями применения наиболее распространенных неметаллических материалов.

Для выполнения домашней работы приводится список рекомендуемой литературы.

К выполнению домашней работы предъявляются следующие требования:

· домашнее задание выполняется на формате А4 в печатном виде;

· структура отчета по домашнему заданию: титульный лист; лист с вариантом задания с подписью преподавателя; ответы на вопросы домашнего задания; список используемой литературы.

· от студента требуются четко сформулированные ответы на поставленные вопросы, поэтому объем домашнего задания может не превышать 6 листов (страниц);

· диаграмма «Железо – цементит» вычерчивается студентом самостоятельно. Копирование из электронного учебника недопустимо! Диаграмма вычерчивается на листе так, чтобы справа было место для изображения кривой охлаждения заданного сплава. Ордината сплава должна отчетливо выделяться на диаграмме. Правее диаграммы необходимо вычертить оси «Температура – Время» для построения кривой охлаждения. На ось ординат следует также нанести критические точки заданного сплава в градусах Цельсия;

· оформление титульного листа дано в приложении П1.

 


3.2. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ РАБОТЫ
«Контрольная работа по материаловедению № 1»