Порядок выполнения работы. Контрольные вопросы и задания. Лабораторная работа 4 определение критических точек сплавов свинец–сурьма. Цель работы. Приборы, материалы и инструмент. Краткие теоретические сведения

Порядок выполнения работы

1. Приготовить микрошлиф стали и рассмотреть его под микроскопом до и после травления.

2. Кратко описать методику приготовления микрошлифа.

3. Зарисовать микроструктуру образца стали.

4. Измерить величину микроскопического объекта при помощи оку- ляра-микрометра.

5. Написать отчет по работе в соответствии с пп. 2, 3, 4.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое структура материала?

2. Какие методы исследования используются для изучения макро-, микро- и тонкой структуры материалов?

3. Назовите операции и их последовательность для приготовления микрошлифа.

4. Какие принципы лежат в основе выявления микроструктуры мето- дами травления?

5. Объясните, почему после травления на поверхности микрошлифа возникает система выступов и впадин.

6. Почему границы зерен на микрошлифе выглядят темными полосами?

7. Какими способами осуществляется полирование поверхности мик- рошлифа?

8. Приведите последовательность механического шлифования сталь- ного образца.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ТОЧЕК СПЛАВОВ СВИНЕЦ–СУРЬМА

Цель работы

Ознакомиться с термическим методом исследования, научиться при- менять его для определения критических точек сплавов Pb–Sb.

 

 

Приборы, материалы и инструмент

Термоэлектрический пирометр; шихтовые материалы: Pb, Sb, поро- шок древесного угля; металлические тигли, щипцы, песочная ванна, шахтная электропечь.

 

 

Краткие теоретические сведения

Термический анализ основан на измерении теплового эффекта, сопро- вождающего все превращения (перестройки в расположении атомов, моле- кул) вещества при соответствующих температурах. Переход из одного агре- гатного состояния в другое, изменение кристаллического строения или структурных составляющих сплава происходят с выделением тепла при ох- лаждении или поглощением его при нагревании. Например, при охлажде- нии, когда пар конденсируется в жидкости, жидкость переходит в твёрдое состояние, процессы сопровождаются выделением тепла. И, наоборот, при нагревании процессы таяния льда, испарения жидкости сопровождаются по- глощением тепла.

Сущность метода термического анализа заключается в следующем: если вещество нагревать или охлаждать с заданной скоростью, изменяя не- прерывно его температуру, то к моменту выделения или поглощения тепла температура вещества будет изменяться со скоростью, отличной от заданной. Это отражается на форме кривых охлаждения или нагревания, построенных в координатах температура–время.

 

1 600

 

 

1 200

 

 

400

 

0                                                                     Время, с

Рис. 4.1. Кривые нагревания и охлаждения чистого железа

 

Вид кривой охлаждения (кристаллизации) для чистого железа пред- ставлен на рис. 4.1. Горизонтальный участок при температуре 1 539 °С соот- ветствует кристаллизации жидкого металла, так как отвод тепла при охлаж- дении компенсируется выделением скрытой теплоты кристаллизации. Тепло- вые эффекты на кривых охлаждения (нагревания) наблюдаются не только на переходе одного агрегатного состояния в другое, но и в твёрдом состоянии. Выделение или поглощение тепла в этом случае связано с изменением фор- мы кристаллической решётки железа.

В твердом состоянии железо находится в двух полиморфных модифи- кациях: a и g. a-железо с объемно-центрированной кубической решеткой (ОЦК) существует в двух интервалах температур: от 1 539 до 1 392 °С и от 911 до 0 °С. В интервале 1 392–911 °С появляется g-железо с кубической гране- центрированной решеткой (ГЦК). Поэтому при охлаждении при 1 392 °С происходит a ® g превращение, а при 911 °С g ® a превращение. На это указывают горизонтальные участки при соответствующих температурах.

Процесс образования новой кристаллической решётки взамен старой называется вторичной кристаллизацией, которая происходит по тем же зако- нам, что и первичная кристаллизация жидкости. Указанные температуры на кривых охлаждения (и нагревания) принято называть критическими точками. Металлический сплав обладает свойствами металлов и получается в результате взаимодействия двух или нескольких элементов. Основу любого металлического сплава составляют металлы. Составной частью может быть

любой химический элемент, а также химическое соединение, не диссоции- рующее при нагревании. Сплавы получают методом сплавления, порошковой металлургией, диффузией, осаждением из газовой среды различных металлов и неметаллов. В сплавах положение критических точек связано с их соста- вом. Определение этой зависимости лежит в основе построения диаграмм со- стояния изучаемой системы сплавов.

Термический анализ осуществляется следующим образом: готовится несколько сплавов исследуемой системы с различными соотношениями ком- понентов. Сплавы помещают в огнеупорные тигли и согревают в печи. После расплавления тигли со сплавами медленно охлаждают и фиксируют скорость охлаждения с помощью термопары и секундомера. По полученным точкам строят термические кривые охлаждения в координатах температура–время.

Вид кривых охлаждения чистых металлов и сплавов различных кон- центраций для системы Pb, Sb показан на рис. 4.2.

Кривая охлаждения III сплава с содержанием сурьмы 13 % (87 % Pb)

подобна кривой охлаждения чистых металлов I (рис. 4.2).

На участке 2–2¢ жидкий расплав затвердевает с образованием смеси кристаллов свинца и сурьмы. Такие смеси называются эвтектикой.

Кривая II на рис. 4.2 показывает охлаждение сплава с содержанием сурьмы менее 13 %. В точке 1 появляются первые зародыши кристаллов свинца, избыточного по отношению к эвтектическому составу, но т. к. про- цесс только начинается, на кривой охлаждения заметен лишь легкий перегиб за счет изменения скорости охлаждения. Выделение и рост зерен свинца про- должаются до точки 2 (кривая II на рис. 4.2). В точке 2 затвердевает вся ос- тавшаяся жидкость, состав которой соответствует эвтектическому. Выде- ляющееся при кристаллизации тепло поддерживает температуру постоянной на участке 2–2¢. Ниже точки 2¢ твердый сплав охлаждается с заданной скоро- стью. Процесс поясняет схема структур для заданной кривой (рис. 4.2).