Построение диаграммы состояния

В основе построения диаграмм состояний лежит определение критических точек при охлаждении жидкого сплава (чистого металла) до нормальной температуры. При этом пользуются методом термического анализа, который заключается в систематическом измерении температуры сплавов различной концентрации по мере охлаждения их через равные промежутки времени. По результатам измерений строят кривые охлаждения в системе «Температура – время».

Для построения кривых охлаждения в лабораторной работе пользуются установкой (рис. 4.3.3), состоящей из электропечи 3, в которой находится тигель 2 с расплавом 1. В металл помещена термопара 4. Термопара подсоединена к милливольтметру 5. При нагревании спая термопары в цепи будет возникать термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), величина которой зависит от температуры.

 

Рис. 4.3.3. Схема установки для построения кривых охлаждения: 1 – расплавленный металл (сплав), 2 – тигель, 3 – печь, 4 – термопара, 5 – милливольтметр

 

Диаграмму состояния строят в координатах «Температура – концентрация» (рис. 4.3.4). Для сплавов, состоящих из двух компонентов А и В, состав характеризуется отрезком прямой, принятым за 100 %. Крайние точки А и В соответствуют 100 % чистых компонентов. Любая точка на отрезке характеризует состав двойного сплава. Так, например, точка С соответствует сплаву, состоящему из 20 % В и 80 % А; точка D соответствует сплаву, состоящему из 60 % В и 40 % А.

 

Рис. 4.3.4. Координаты для изображения диаграммы состояния двухкомпонентной системы

 

Найденные по кривым охлаждения значения критических точек переносятся на поле диаграммы состояния на ординаты точек (линии, проходящие через точки С и D), соответствующих составам исследуемых сплавов. Соединив плавными линиями критические точки, получим основные контуры диаграммы состояния сплавов А и В.

 

Порядок выполнения работы

1. Перед началом измерений сплав находится в жидком состоянии. Когда печь выключают, сплав начинает охлаждаться. С момента начала охлаждения включить секундомер и фиксировать показания милливольтметра через каждые 60 секунд. Показания занести в таблицу показаний отсчета ТЭДС (см. отчет по лабораторной работе).

Все измерения проводят в заданном интервале температур (указаны на подставке милливольтметра), в который попадают значения критических точек.

2. По полученным данным построить кривую охлаждения. Для более четкого выявления перегибов на кривой охлаждения в работе будет предложен масштаб для каждого сплава.

3. По перегибам на кривой охлаждения определить критические точки и соответствующую им ТЭДС перевести в градусы по градуировочной кривой. Результаты занести в таблицу сводных значений критических точек (см. отчет по лабораторной работе).

4. Найденные значения критических точек из таблицы значений критических точек перенести на поле диаграммы состояния «Свинец – олово», приняв левую вертикаль – 100 % свинца, а правую – 100 % олова.

Для этого необходимо восстановить ординаты от точек, соответствующих составам исследуемых сплавов. На этих ординатах (не менее трех для сплавов и две оси ординат для чистых компонентов) нанести значения критических точек. Затем плавными кривыми соединить все точки начала и все точки конца кристаллизации. Все линии диаграммы необходимо обозначить буквами.

5. На поле диаграммы обозначить фазовый состав областей. Ниже поля диаграммы обозначить структуры сплавов.

 

3. Контрольные вопросы

1. На чём основан термический анализ?

2. Укажите на диаграмме «Свинец – олово» точки начала и конца первичной кристаллизации: а) доэвтектического сплава; б) эвтектического сплава; в) заэвтектического сплава; г) фазовый состав в областях, находящихся выше и ниже этих точек.

3. Укажите на диаграмме «Свинец – олово» точку конца вторичной кристаллизации: а) доэвтектического сплава; б) заэвтектического сплава.

4.Укажите линию начала кристаллизации жидкого раствора:

а) в α -твёрдый раствор; б) в β -твёрдый раствор.

5. Укажите линию, показывающую предельную растворимость: а) олова в свинце; б) свинца в олове.

6. Укажите процессы кристаллизации, обусловленные понижающейся растворимостью олова и свинца при охлаждении.

7. Укажите на диаграмме «Свинец – олово» области существования: а) α -твёрдого раствора; б) β -твёрдого раствора; в) (α + β); г) α + Ж; д) β +Ж.

8. Укажите структурный состав в различных областях диаграммы.