1. Определить под диаграммы состояния
 Скачать 310.56 Kb.
|
|
Задание 2 1. Определить под диаграммы состояния; 2. Во всех областях диаграммы указать структурные составляющие. 3. Построить кривую охлаждения (нагрева), сделав вертикальный разрез диаграммы состояния в соответствии с заданным химическим составом и отметить цифрами 1, 2, 3 … 5 критические температуры для указанного сплава. Графическое построение кривой охлаждения (нагрева) должно сопровождаться письменным объяснением всех фазовых превращений, происходящих в процессе его охлаждения (нагрева). По мере понижения температуры против каждого участка кривой охлаждения (нагрева) схематично изобразить фазы (структуры), которые в этом интервале существуют. Правильность построения кривой охлаждения (нагрева) проверить, применяя правило фаз Гиббса. 4. Определить количественное соотношение фаз при заданной температуре с применением правила отрезков. Чтобы определить при любой интересующей вас температуре, какие фазы находятся в равновесии и каков их состав и соотношение, необходимо провести в этой двухфазной области диаграммы коноду (горизонталь) до пересечения с ближайшими линиями диаграммы. Точки пересечения дадут вам фазы, которые находятся в равновесии, а проекции этих точек на концентрационную ось (ось абсцисс) – состав фаз. Отрезки коноды, на которые делит ее линия вертикального разреза диаграммы, соответствующая сплаву заданной концентрации, обратно пропорциональны количеству этих фаз. 5. Построить графическую закономерность изменения электросопротивления, твердость в зависимости от химического состава сплавов, применяя законы Н. С. Курнакова. Указать другие типичные технологические свойства: обрабатываемость давлением и резанием, литейные свойства (жидкотекучесть, склонность к образованию горячих трещин, к концентрированной или рассеянной пористости). Таблица 1 – Вариант исходных данных
 Рисунок 1 – Диаграмма Al-Cu и кривая охлаждения для сплава, содержащего 33% Cu Диаграмма Al-Cu относится к диаграммам состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (III рода). Компоненты: химические элементы Al, Cu (К = 2). Фазы: жидкость Ж, твердые растворы α (раствор компонента Al в Cu) и β (раствор компонента Cu в Al) (Ф = 3). В диаграмме с образованием ограниченных твердых растворов и эвтектики фазами являются: жидкий раствор L, твердый раствор Cu в Al (α-твердый раствор) и твердый раствор CuAl2 (β-твердый раствор). При одновременном осуществлении всех трех фаз возможно безвариантное равновесие (  ) (рисунок 1).Диаграмма Al-Cu относится к диаграммам с эвтектическим превращением и ограниченной растворимостью в твердом состоянии. Линия AEB – ликвидус, ADECB – солидус. Поскольку компоненты растворены друг в друге в твердом состоянии, в системе не образуются фазы, представляющие собой чистые компоненты, из жидкости выделяются кристаллы твердых растворов α и CuAl2. Около вертикалей, соответствующих чистым компонентам Al и Cu, находятся области существования твердых растворов α и CuAl2, которые называются ограниченными твердыми растворами, т.к. компоненты растворяются друг в друге лишь до определенного предела. Предельная растворимость Cu в Al определяется линией DF, предельная растворимость Al в Cu – линией CG. Сплавы между этими двумя линиями находятся за пределами растворимости и состоят из двух фаз α и CuAl2. Линии DFи CG называются линиями предельной растворимости или сольвиус. Наклонный ход линии DF показывает, что растворимость Cu в Al уменьшается с понижением температуры. Точка D – верхний предел растворимости компонента Cu в Al, а точка C – верхний предел растворимости Al в Cu. Рассмотрим кристаллизацию сплава, содержащего 33% Cu (рисунок 1). Выше точки 2 сплав находится в жидком состоянии. В точке 3 начинается кристаллизация, из жидкости состава точки E начинается образование эвтектики  . Число степеней свободы:  . Следовательно, превращение будет происходить при постоянной температуре, определяемой положением линии DEC, и при постоянном составе фаз  ,  ,  . Состав жидкой фазы при эвтектической реакции характеризуется эвтектической точкой E, твердых фаз – концами эвтектической прямой . Совместная кристаллизация двух фаз из жидкости дает образование механической системы, которая называется эвтектикой. Точка E называется эвтектической точкой. Сплавы, расположенные по составу левее этой точки, называют доэвтектическими, правее – заэвтектическими. При анализе микроструктуры сплавов пользуются понятием структурная составляющая. Структурными составляющими называют: 1) какую-либо твердую фазу, состоящую из обособленных, сравнительно крупных кристаллов; 2) однородную смесь двух или более фаз, имеющую приблизительно постоянный состав. При рассмотрении под микроскопом структурная составляющая имеет однообразное строение с присущими ей характерными особенностями. Структурными составляющими затвердевшего сплава чуть ниже линии DEC должны быть кристаллы α и эвтектика, состоящая из  - и -кристаллов. Фазовыми составляющими будут α и β – фазы состаов, определяемыми линиями насыщения (линиями сольвиус). Кривая охлаждения и схема образования структуры сплава приведены на рисунке 1.Чтобы определить количественное соотношение жидкой и твердой фаз, необходимо составить обратно пропорциональную зависимость между их количеством и отрезками горизонтальной линии, образованными между точкой, характеризующей состояние сплава, и точками, определяющими состав жидкой и твердой фаз. Для определения соотношения фаз и их состава через точку b проводим горизонтальную линию до пересечения с линиям, ограничивающими двухфазную область на диаграмме (точки aи c, рисунок 1). Проекции точек пересечения на ось концентраций показывают состав твердого раствора α (7% Cu + 93% Al) и твердого раствора β (53% Cu + 47% Al). В соответствии с правилом рычага отрезки горизонтальной линии между точкой b и точками, определяющими составы фаз, обратно пропорциональны количествам этих фаз, таким образом:   Для того, чтобы объяснить характер изменения свойств сплавов, в данной системе необходимо применить правила Курнакова-Матиесена, Бочвара. Между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава, как показал Н. С. Курнаков, существует определенная зависимость (рисунок 2). При образовании непрерывного ряда твердых растворов свойства (твердость, электропроводность и др.) изменяются по криволинейной зависимости (рисунок 2). Образование твердых растворов всегда сопровождается значительным увеличением электрического сопротивления и уменьшением температурного коэффициента электросопротивления. В сплавах с ограниченной растворимостью свойства при концентрациях, отвечающих однофазному твердому раствору, изменяются по кривой зависимости, в двухфазной области – по прямой. Крайние точки на прямой являются свойствами предельно насыщенных растворов.  Рисунок 2 – Диаграмма состояния и закономерность изменения технологических свойств сплавов |