Приборы, материалы и инструмент

0 10 20 30  40 50 60 70 80 90

В, %

t, с

 

Рис. 5.3. Диаграмма состояния сплавов с постоянной ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

 

При некотором переохлаждении ниже температуры T_ж, жидкость ста- новится насыщенной по отношению к α-твердому раствору, который будет выделяться до температуры Т_э, при этом состав жидкой фазы будет изме- няться по ликвидусу от точки 1 до точки С, а состав твердой фазы – по соли- дусу от точки 1' до точки D.

На кривой охлаждения при температуре T_ж отмечается перегиб, свя- занный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. Процесс выделения кристаллов a-твердого раство- ра из жидкого сплава идет в интервале температур, так как система имеет од- ну степень свободы:

С = К + 1 – Ф = 2 + 1 – 2 = 1.

При достижении эвтектической температуры Т_э кристаллы a дости- гают предельной концентрации a_D (точки D), а жидкая фаза получает эвтек- тический состав Ж_с (точки С).

В этих условиях из жидкой фазы кристаллизуются предельно насы- щенные твердые растворы a_D и b_F, образуя эвтектику:

Ж_с → Э (a_D + b_F).

Эвтектическая реакция протекает изотермически и при постоянном со- ставе реагирующих фаз, так как в двухкомпонентном сплаве одновременно со- существуют три фазы (Ж_с, a_D и b_F). Число степеней свободы системы равно ну- лю:

С = K + 1– Ф = 2 + 1 – 3 = 0,

поэтому на кривой охлаждения (рис. 5.3) образуется площадка.

После затвердевания сплав I состоит из первичных кристаллов α и эв- тектики (a + b).

 

В любой точке на диаграмме состояния, которая показывает фазовый состав сплава при данной температуре, можно определить весовое количест- во фаз. Если такая точка попадает в область однофазного состояния, то весо- вое количество данной фазы составляет 100 %, а её состав соответствует ис- ходному составу сплава. Если точка попадает в область двухфазного равно- весия, то здесь для определения состава фаз через эту точку необходимо про- вести горизонталь (коноду). Проекции точек пересечения на ось концентра- ции и дают состав фаз.

Для определения весового состава фаз в двухфазной области необхо- димо воспользоваться правилом рычага. Согласно правилу отрезки, которые получают на горизонтали между данной точкой сплава и точками пересече- ния горизонтали с линиями диаграммы состояния, обратно пропорциональны количеству фаз.

Рассмотрим сплав I в точке а (рис. 5.3) при температуре t₁. Для этого проведем горизонтальную прямую dh через точку а. Ее левая точка d лежит на линии солидус и определяет состав твердой фазы при температуре t₁. Справа точка h, лежащая на линии ликвидус, показывает состав жидкости, находящейся в равновесии с a-фазой. Используя правило рычага, можно оп- ределить количество кристаллов твердой фазы в точке а:

Qa = ha 100 %,

dh

а количество жидкой фазы в этой точке – по формуле

Q = da 100 %.

^æ dh

Также правило рычага используют для определения количественного соотношения фаз в точке b (при температуре t₂). Тогда весовое количество твердого раствора α составит

Qa =

а количество твердого раствора β

bn 100 %,

mn

Qb = bm 100 %.

mn

Состав твердого раствора α при температуре t₂ определится проекцией точки m, а состав твердого раствора β – проекцией точки n на ось концентраций.

 

 

Порядок выполнения работы

1. Используя данные, полученные в лабораторной работе 4, построить диаграмму состояния Рb-Sb. Температура кристаллизации чистых металлов для Рb – 327 °С, для Sb – 631 °С.

2. Для изучения микроструктуры пяти исследуемых сплавов исполь- зовать микроскоп МИМ-7. Микрошлиф установить на предметном столике микроскопа. Наводку на фокус осуществить микрометрическим винтом, рас- положенным справа в верхней части микроскопа. Микрошлифы зарисовать в кружках d 25 или 50 мм. На микрошлифе стрелками указать структурные со- ставляющие.

3. Начертить диаграмму состояния, построить кривую охлаждения из области жидкого состояния до комнатной температуры (с применением пра- вила фаз).

4. Описать фазовые превращения при охлаждении и структуру сплава при комнатной температуре.

5. Пользуясь правилом отрезков, определить состав и количественное соотношение фаз для любой температуры, лежащей между линиями ликви- дуса и солидуса.

Пункты 3–5 выполнять в соответствии с индивидуальным заданием по указанию преподавателя. Ниже приведены вид диаграмм и состав спла- вов (рис. 5.4, рис. 5.5, рис. 5.6, рис. 5.7, рис. 5.8, рис. 5.9, рис. 5.10, рис. 5.11,

рис. 5.12, рис. 5.13):

 

№ п/п

Диаграмма

Состав

№ п/п

Диаграмма

Состав

Al–Cu

0,7 % Cu

Pb–Sn

5 % Sn

Al–Cu

5 % Cu

Pb–Sn

30 % Sn

Al–Cu

15 % Cu

Pb–Sn

90 % Sn

Cd–Zn

8 % Zn

Mg–Cа

40 % Cа

Cd–Zn

50 % Zn

Mg–Cа

60 % Cа

Cu–Ag

5 % Ag

Al–Si

10 % Si

Cu–Ag

15 % Ag

Al–Si

45 % Si

Cu–Ag

30 % Ag

Al–Si

70 % Si

Cu–Ag

85 % Ag

Cd–Zn

90 % Zn

Cu–Ag

95 % Ag

Mg–Cа

10 % Cа

Cu–As

2 % As

Mg–Cа

90 % Cа

Cu–As

10 % As

Cd–Zn

3 % Zn

Cu–As

25 % As

 

 

 

Рис. 5.4. Диаграмма состояния системы Al–Si

 

Рис. 5.5. Диаграмма состояния системы Pb–Sn

 

Рис. 5.6. Диаграмма состояния системы Mg–Ca

 

 

Рис. 5.7. Диаграмма состояния системы Cu–As

 

 

Рис. 5.8. Диаграмма состояния системы Cu–Ag

 

Рис. 5.9. Диаграмма состояния системы Cd–Zn

 

 

Рис. 5.10. Диаграмма состояния системы Al–Cu

 

 

Рис. 5.11. Диаграмма состояния системы Cu–Ni

 

Рис. 5.12. Диаграмма состояния системы Al–Ge

 

Рис. 5.13. Диаграмма состояния системы Pb–Mg

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ

И СВОЙСТВ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Цель работы

Изучить превращения в сплавах системы железо–цементит и структу- ры сталей различного состава в равновесном состоянии. Определить содер- жание углерода в исследуемых сталях и их марки.

 

Микроскоп МИМ-7; комплект микрошлифов сталей.