Отчет по лабораторной работе №2

Изучение процесса кристаллизации

1. Цель работы.

2. Изменение свободной энергии жидкости и твердого тела в зависимости от температуры.

 

3. Принципиальная схема зависимости ЧЗ и СК от степени переохлаждения.

4. Схема хода лучей в биологическом микроскопе

	Принцип работы микроскопа:
Обозначения:

5. Строение затвердевших капель:

1. Рb(NO3)2	2. NH4Cl
3. К2Сr2O7	4. NaCl

 

6. Особенности строения затвердевших капель:

1 ________________________________________________________________

2 ________________________________________________________________

3 ________________________________________________________________

4 _______________________________________________________________

 

Лабораторная работа № 3

Построение диаграммы состояния «Свинец – олово»
термическим методом

Цель работы: нахождение термическим методом критических точек свинца, олова и трёх сплавов из свинца и олова и построение по полученным кривым охлаждения диаграммы состояния «Свинец – олово».

 

Содержание работы

Общие сведения

У кристаллических тел при переходе из одного состояния в другое, при протекании фазовых превращений выделяется или поглощается теплота и физические свойства при этом меняются скачкообразно.

Температуры, при которых происходят те или иные физико-химические изменения в сплаве, называются критическими температурами, а соответствующие им точки на кривых охлаждения – критическими точками.

Для определения критических точек сплава достаточно через короткие, но равные промежутки времени измерять температуру медленно охлаждающегося от жидкого состояния до комнатной температуры сплава, затем, построив по этим данным кривую охлаждения в координатах «Температура − время», отыскать на ней точки перегиба, которые и будут являться критическими точками данного сплава.

В сплавах в зависимости от характера взаимодействия металлов друг с другом в твёрдом состоянии образуются твёрдые фазы и протекают различные фазовые превращения: образование твердых растворов, химических соединений, смесей.

По критическим точкам чистых металлов и сплавов строятся диаграммы фазового равновесия. Эти диаграммы в удобной графической форме показывают фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации компонентов и дают наглядное представление о процессах, происходящих в сплавах системы при нагреве и охлаждении.

Различают следующие основные типы диаграмм состояния:

· диаграмму для случая полной нерастворимости компонентов в твердом состоянии (образование смесей), рис. 3.1а;

· диаграмму для случая неограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии (неограниченные твердые растворы), рис. 3.1б;

· диаграмму для случая ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии (ограниченные твердые растворы), рис. 3.1в;

· диаграмму для случая, когда компоненты образуют химическое соединение, рис. 3.1г.

Сплавы, образующие диаграмму первого типа (рис. 3.1а), в твердом состоянии представляют собой смеси из зерен чистых металлов А и В.

 

а)

Рис. 3.1. Диаграммы состояния сплавов (начало)

б)

в)

г)

Рис. 3.1. Диаграммы состояния сплавов (окончание)

 

В сплавах на рис. 3.1в металлы А и В образуют два типа растворов: твёрдый раствор компонента В в компоненте А – α -твёрдый раствор и твёрдый раствор ком­понента А в компоненте В – β -твёрдый раствор.

Совокупность точек начала кристаллизации всех сплавов системы (линия АСВ в рис. 3.1а–в) называется ликвидус. Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии.

Совокупность точек конца кристаллизации всех сплавов системы
(линия DСE на рис. 3.1а, ADB – на рис. 3.1б, АDCEB – на рис. 3.1 в) называется солидус. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии.

Сплавы, представленные на рис. 3.1б, ниже линии солидус при любой концентрации имеют только одну фазу – зерна твердого раствора компонента В в компоненте А.

Сплав двух металлов А и В определенной концентрации, образующийся в точке С (рис. 3.1а, в), называется эвтектическим. Такой сплав кристаллизуется подобно чистому металлу при постоянной температуре, образуя смесь кристаллов двух твёрдых растворов, называемую эвтектикой.

Сплавы с концентрацией металла В меньше эвтектической называются доэвтектическими, а с концентрацией металла В больше эвтектической − заэвтектическими сплавами.

Рассмотрим кривую охлаждения доэвтектического сплава (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Кривая охлаждения доэвтектического сплава

 

На участке 1 – 2 идет охлаждение жидкого сплава по физическим законам. В точке 1 начинается процесс кристаллизации, за счёт выделения скрытой теплоты кристаллизации уменьшается скорость охлаждения сплава и на кривой охлаждения образуется перегиб. Температура t₁ – критическая точка начала кристаллизации из жидкости α -твёрдого раствора. Этот процесс продолжается до точки 3. В точке 3 начинается кристаллизация эвтектики – смеси двух фаз, выделяющихся из жидкого раствора эвтектической концентрации. Кристаллизация эвтектики происходит при постоянной температуре (участок 3 – 4) и заканчивается в точке 4 при температуре t₂ по реакции Ж → (α + β). Температура t₂ – критическая точка конца первичной кристаллизации сплава.

На участке 4 – 5 при охлаждении сплава понижается растворимость компонента В в компоненте А. Это приводит к выпадению вторичных кристаллов β_II из α-твёрдого раствора: α → β_II.

В результате описанных процессов в сплаве образуется конечная структура, состоящая из первичных кристаллов α -твёрдого раствора, эвтектики (α + β) и вторичных кристаллов β_II -твёрдого раствора.