![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
К выполнению контрольной работы №1
по дисциплине «Материаловедение и технология материалов»
А) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «свинец Pb – олово Sn» (рис. П.5). Указать основные линии, точки, а также структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержащего 20% олова Sn, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении фазовые превращения. Для данного сплава определить количественное соотношение структурно-фазовых составляющих и их состав при температуре 250ºC и схематично изобразить его структуру.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100% Sn РЬ 100% 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Рис. 1. Диаграмма состояния сплавов системы «свинец Pb - олово Sn»
Диаграмма состояния сплавов системы «свинец Pb - олово Sn» (рис. 1) относится к разновидности диаграмм состояния двойных сплавов III типа, является диаграммой состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твёрдом состоянии (диаграмма состояния сплавов с переменной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии). По внешнему виду диаграмма похожа на диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии. Отличие только состоит в том, что линии предельной растворимости компонентов не перпендикулярны оси концентрации. На диаграмме имеются области, в которых из однородных твёрдых растворов при понижении температуры выделяются вторичные фазы. Поэтому данный тип диаграммы характерен для сплавов, образующих при сплавлении компонентов твёрдые растворы, имеющих ограниченную взаимную растворимость друг в друге, изменяющуюся с изменением температуры. Основные линии диаграммы: ACB — линия ликвидус, линия начала процесса кристаллизации; ADCEB — линия солидус, линия конца процесса кристаллизации; Dm — линия переменной предельной растворимости олова Sn в свинце Pb; En — линия переменной предельной растворимости свинца Pb в олове Sn; DCE — линия кристаллизации эвтектики (T = 183ºC). Основные точки диаграммы: A — температура кристаллизации чистого свинца Pb (T = 327ºC); B — температура кристаллизации чистого олова Sn (T = 232ºC); C — температура кристаллизации эвтектического сплава 62% Sn + 38% Pb (T = 183ºC); D — максимальная предельная растворимость олова Sn в свинце Pb (13% олова Sn в 87% свинца Pb при T = 183ºC);
E — максимальная предельная растворимость свинца Pb в олове Sn (4% свинца Pb в 96% олова Sn при T = 183ºC). На диаграмме условно обозначены следующие фазы: α — твёрдый раствор олова Sn в основном компоненте-растворителе свинце Pb; β — твёрдый раствор свинца Pb в основном компоненте-растворителе олове Sn. Из данной диаграммы видно, что с понижением температуры растворимость олова Sn в свинце Pb и, соответственно, свинца Pb в олове Sn (линии Dm и En соответственно) уменьшаются. Вследствие этого из твёрдых растворов выделяются избыточные фазы, то есть в сплаве образуются равномерно распределённые зоны, содержащие избыточное количество растворённого компонента. Таким образом, из α -твёрдого раствора, например, выделяются вторичные кристаллы β -твёрдого раствора (β II) переменного состава; из β -твёрдого раствора — вторичные кристаллы α -твёрдого раствора (α II). Составы этих вторичных кристаллов определяются соответственно линиями Dm и En. Причинами выделения вторичных фаз (α II и β II) в сплавах в твёрдом состоянии при понижении температуры являются: 1) изменение параметров кристаллических решёток основных компонентов-растворителей; 2) изменение типов кристаллических решёток сплавляемых компонентов при понижении температуры (полиморфное превращение), что приводит к изменению растворяющей способности. Сплавы составов левее точки m состоят из однородного α -твёрдого раствора — твёрдого раствора олова Sn в основном компоненте-растворителе свинце Pb, а сплавы стоящие правее точки n — из однородного β -твёрдого раствора — твёрдого раствора свинца Pb в основном компоненте-растворителе олове Sn. Сплавы составов от точки m до точки d имеют микроструктуру, состоящую из кристаллов α -твёрдого раствора переменного состава и вторичных кристаллов β II-твёрдого раствора, а от точки e до точки n — из кристаллов β -твёрдого раствора переменною состава и вторичных кристаллов α II-твёрдого раствора. На диаграмме также можно выделить следующие сплавы: Эвтектический сплав (эвтектика). На диаграмме данный сплав соответствует проекции точки С на ось концентраций, содержит 62% олова Sn и 38% свинца Pb. Этот сплав начинает кристаллизоваться при самой низкой температуре 183ºC среди всех сплавов рассматриваемой системы; имеет при понижении температуры постоянный количественный состав компонентов; структура его в твёрдом состоянии представляет собой мелкодисперсную механическую смесь кристаллов α- и β -твёрдых растворов переменного состава.
Доэвтектические сплавы, имеющие состав от точки d до точки c состоят из первичных кристаллов α -твёрдого раствора, эвтектики (α + β) и мелких вторичных кристаллов β II-твёрдого раствора, выделившихся из твёрдой фазы при понижении температуры. Первичные кристаллы α -твёрдого раствора равномерно распределены в эвтектике (α + β). Доэвтектические сплавы начинают кристаллизоваться с выделения из жидкой фазы кристаллов α -твёрдого раствора переменного состава (область диаграммы ADC, лежащая между линиями ликвидус и солидус). Заэвтектические сплавы, имеющие состав от точки c до точки e, состоят из первичных кристаллов β -твёрдого раствора, эвтектики (а + β) и мелких вторичных кристаллов α II-твёрдого раствора, выделившихся из твёрдой фазы при понижении температуры. Первичные кристаллы β -твёрдого раствора равномерно распределены в эвтектике (α + β). Заэвтектические сплавы начинают кристаллизоваться с выделения из жидкой фазы кристаллов β -твёрдого раствора переменного состава (область диаграммы CEB, лежащая между линиями ликвидус и солидус). Таким образом, в структурно-фазовом составе сплавов рассматриваемой системы важное место занимает эвтектика, представляющая собой смесь мелкодисперсных фаз α и β. Она имеет постоянный количественный состав компонентов (Pb и Sn) и кристаллизуется при наименьшей для данной системы сплавов температуре tэ = 183ºC, т. е. температуре, соответствующей линии DCE. Ниже этой линии находится область двухфазных сплавов. Выше линии ликвидус (линии ACB) сплавы представляют собой жидкие фазы — неограниченные растворы компонентов (свинца Pb и олова Sn) друг в друге в жидком состоянии. Для диаграмм состояния сплавов III типа характерно то, что кристаллы сплавляемых компонентов в чистом виде ни в одном из сплавов системы не присутствуют. Рассмотрим процесс кристаллизации сплава, содержащего 80% Pb и 20% Sn (рис. 2, 3).
сплавa «80%Pb+20%Sn»
Рис. 2. Построение кривой охлаждения сплава «80% Pb + 20% Sn»
Рис. 3. Кривая охлаждения сплава «80% Pb + 20% Sn»
Построение кривой охлаждения сплава «80% Pb + 20%Sn» проводится в следующей последовательности: а) через точку оси абсцисс, соответствующую составу сплава «80% Pb + 20%Sn», проводится вертикаль — линия сплава (рис. 1, 2); б) точки пересечения линии сплава с линиями диаграммы обозначаются цифрами (рис. 2). Это — критические точки, указывающие критические температуры начала и конца процесса кристаллизации, перекристаллизации (если она имеется) данного сплава; в) в соответствии с выявленными критическими температурами строится кривая охлаждения сплава в координатах «температура - время» (рис. 2, 3). Согласно представленной на рис. 3 кривой охлаждения при кристаллизации сплава «80% Pb + 20%Sn» происходят следующие структурно-фазовые превращения.
При температуре выше точки 1 (T = 295ºC) сплав находится в жидком состоянии (жидкая фаза) и представляется собой неограниченный раствор компонентов (Pb и Sn) друг в друге. Соответственно, точка 1, лежащая на линии ликвидус A C, — температура начала кристаллизации данного сплава. При охлаждении сплава ниже температуры точки 1 из жидкой фазы начинают выделяться кристаллы α -твёрдого раствора — кристаллы твёрдого раствора олова Sn в основном компоненте-растворителе свинце Pb состава, соответствующему абсциссе точки a, лежащей на линии солидус (линии ADCEB) диаграммы. Таким образом, при понижении температуры количественный состав выделяющихся из жидкой фазы первичных кристаллов α -твёрдого раствора изменяется по линии AD от точки A до D. При этом характер хода кривой охлаждения изменяется, процесс охлаждения замедляется, что вызвано выделением скрытой теплоты кристаллизации при образовании кристаллов α -твёрдого раствора из жидкой фазы. Поэтому на кривой охлаждения наблюдается излом (участок 1 - 2). Фазовый состав сплава на участке 1 - 2 кривой охлаждения — жидкая фаза + первичные кристаллы α -твёрдого раствора. При достижении температуры точки 2 (T = 183ºC, линия DCE диаграммы) возникает нонвариантная система (количество степеней свободы системы C = 0). То есть количество независимых внутренних и внешних параметров системы (температура, давление, концентрация), которые можно произвольно изменять без изменения количества фаз (равновесия) в системе, равно нулю. В данном случае при T = 183ºC (точка 2) в равновесии находятся одновременно три фазы: 1) жидкая фаза, соответствующая количественному составу точки C диаграммы (62% Sn + 38% Pb); 2) кристаллы α -твёрдого раствора, количественного состава, соответствующего точке D диаграммы (13% Sn + 87% Pb); 3) кристаллы β -твёрдого раствора, количественного состава, соответствующего точке E диаграммы (96% Sn + 4% Pb) При температуре, соответствующей линии DCE — линии кристаллизации эвтектики (T = 183ºC), возникает эвтектическое превращение LC → α d + βE. Трём фазам соответствуют определённые количественные составы компонентов, характеризующиеся проекциями точек D, C и E, хотя температура их превращения постоянна. При кристаллизации сплава между точками 2 и 2′ (T = 183ºC) кроме первичных кристаллов α -твёрдого раствора, образуется также эвтектика (α + β) — мелкодисперсная механическая смесь кристаллов α - и β -твёрдого раствора, количественного состава (62%Sn + 38% Pb). Температура кристаллизации эвтектики постоянна, независимо оттого, что дополнительной теплоты от внешней среды не поступает. Причиной постоянства температуры кристаллизации эвтектики также является выделение скрытой теплоты кристаллизации. В точке 2 эвтектика полностью находится ещё в жидком состоянии, между точками 2 и 2′ — в жидком и твёрдом состояниях, в точке 2′ — полностью в твёрдом состоянии. На участке 2 - 2′ кривой охлаждения фазовый состав сплава — первичные кристаллы α -твёрдого раствора, эвтектика (α + β) и жидкая фаза. В точке 2′ сплав полностью переходит в твёрдое состояние.
При дальнейшем охлаждении сплава ниже точки 2′ из первичных кристаллов α -твёрдого раствора выделяются вторичные кристаллы β II-твёрдого раствора. При обычных температурах кристаллы α -твёрдого раствора сплава имеют количественный состав компонентов, соответствующий точке m диаграммы (2,5%Sn + 97,5% Pb), а кристаллы β II-твёрдого раствора — соответствующий точке n диаграммы (99%Sn + 1% Pb). Причиной выделения вторичных кристаллов β II-твёрдого раствора из α -твёрдого раствора являются: 1) изменение параметров кристаллической решётки компонента-растворителя (свинца Pb), что приводит к снижению его растворяющей способности; 2) структурно-фазовые (полиморфные) превращения кристаллических решёток сплавляемых компонентов, что также приводит к снижению их взаимной растворимости друг в друге. Окончательно охлаждённый сплав содержит только две фазы — кристаллы α -твёрдого раствора и кристаллы β -твёрдого раствора. Каждый из этих видов кристаллов содержится как в мелкодисперсном состоянии в составе эвтектики (α + β), так и в виде более крупных фаз — α и β, равномерно распределённых по объёму сплава. Для определения количественного соотношения структурно-фазовых составляющих при температуре 250ºC для сплава, содержащего 20% Sn и 80%
Pb, надо воспользоваться «правилом отрезков». Для этого в замкнутой области ADC диаграммы на уровне температуры 250ºC проведём горизонтальную линию — коноду abf (рис. 1). Данная линия пересекает вертикальную линию, характеризующую состав сплава (линию сплава), в точке b. Количество твёрдой фазы Qтв. (количество выпавших кристаллов α -твёрдого раствора) при T = 250ºC определим из соотношения: bf 18 Q me = — х 100% = — х 100% = 58,06%. af 31 Таким образом, количество твёрдой фазы Qтв. определяется отношением длины отрезка горизонтали (коноды), прилегающего к линии ликвидус ACB, ко всей длине горизонтали. Количество жидкой фазы Qж при T = 250ºC определим из соотношения: bf 13 Qж = — х 100% = — х 100% = 41,94%. Количество жидкой фазы Qж определяется отношением длины отрезка горизонтали (коноды), прилегающего к линии солидус ADCEB, ко всей длине горизонтали. Количественный состав выделяющихся при кристаллизации сплава первичных кристаллов α -твёрдого раствора при T = 250ºC определяется абсциссой точки a — 8% Sn + 92% Pb.
Количественный состав жидкой фазы при T = 250ºC определяется абсциссой точки f — 38% Sn + 62% Pb. Количество образующейся эвтектики при T = 183ºC в точке 2′ составит: Dp 7 Qэвт = — х 100% = — х 100% = 14,3% DC 49 Количество образующихся первичных кристаллов α -твёрдого раствора при T = 183ºC составит: PC 42 Qтв.= — х 100% = — х 100% = 85,7% DC 49
Рис. 4. Микроструктура сплава «80% Pb + 20% Sn» Б) Вычертить диаграмму состояния сплавов системы «железо Fe-углерод C» (рис. П.7). Указать основные линии, точки и структурно-фазовый состав всех областей диаграммы. Для сплава, содержащего 1,2% углерода C, построить кривую охлаждения и описать происходящие при охлаждении структурно-фазовые превращения. Схематично изобразить и описать структуру заданного сплава. На диаграмме железоуглеродистых сплавов (рис. 5) нанесены сплошные и пунктирные линии. Это связано с тем, что углерод в сплавах может находиться как в свободном виде (в виде графита), так и в виде химического соединения (цементита Fe3C). Поэтому, диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов может быть: 1) система «Fe-Fe3C» (метастабильная); 2) система «Fe-C» (стабильная). Характерные точки диаграммы: А (Т= 1539ºC) — температура плавления чистого железа Fe; В (Т= 1493ºC; 0,5%С) — состав жидкой фазы при перитектической реакции; J (Т= 1493ºC; 0,18%С) — состав аустенита при перитектической реакции; Н (Т= 1493ºC; 0,1%С) — состав феррита при перитектической реакции; N (Т= 1392ºC) — температура полиморфного превращения железа Fe α ↔ Fe γ; С (Т= 1147ºC; 4,3%С) — состав эвтектики (ледебурит = аустенит + цементит); D (Т= 1600ºC; 6,67%С) — условная температура плавления цементита Fe3С; Е (Т= 1147ºC; 2,14%С) — предельная растворимость углерода в γ -железе Fe; G (Т= 911ºC) — температура полиморфного превращения железа Fe γ ↔ Fe α; S (Т= 727ºC; 0,80%С) — состав эвтектоидного сплава (перлит = феррит + цементит); Р (Т= 727ºC; 0,02%С) — предельная растворимость углерода в α -железе Feα; К (Т= 727ºC; 6,67%С) — состав цементита; Q (Т= 20ºC; 0,006%С) — минимальная растворимость углерода в железе.
|
|||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 892; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 13.58.21.155 (0.052 с.) |