Диаграммы 1 и 2 рода. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (механические смеси)
![]()
|
Лабораторная работа N 1 Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (механические смеси) Диаграмма состояния 1-го рода Диаграмма состояния и кривые охлаждения типичных сплавов системы представлены на рис. 1 ( пример) ![]() Рис.1. Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии (а) и кривые охлаждения сплавов (б) Варианты задания по диаграмме состояния 1-го рода Построить диаграмму состояния для сплава типа механическая смесь Zn-Cd по нижеприведенным данным.
Примечание :263 * - температура эвтектики Сделать разрез сплава Zn - Cd на диаграмме состояния, как показано на рис.1 и описать состояние сплава в каждой точке. Должно быть 5 точек: 1 – точка над линией ликвидуса, 2 – на линии, 3 – между линиями, 4 – на линии солидуса 5 – ниже линии солидуса Варианты разреза по диаграмме состояния ( у каждого свой вариант)
Анализ диаграммы состояния. 1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В) (Zn - Cd); 2. Число фаз: f = 3 (кристаллы компонента А, кристаллы компонента В, жидкая фаза). 3. Основные линии диаграммы: Линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке; Линия солидус ecf, параллельна оси концентраций стремится к осям компонентов, но не достигает их; 4. Типовые сплавы системы. а) Чистые компоненты, кристаллизуются при постоянной температуре, на рис. 1 б показана кривая охлаждения компонента А. б). Эвтектический сплав – сплав, соответствующий концентрации компонентов в точке с (сплав I). Кривая охлаждения этого сплава, аналогична кривым охлаждения чистых металлов (рис. 1 б) Эвтектика – мелкодисперсная механическая смесь разнородных кристаллов, кристаллизующихся одновременно при постоянной, самой низкой для рассматриваемой системы, температуре. При образовании сплавов механических смесей эвтектика состоит из кристаллов компонентов А и В: Эвт. (кр. А + кр. В) Процесс кристаллизации эвтектического сплава: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинается одновременная кристаллизация двух разнородных компонентов. На кривой охлаждения отмечается температурная остановка, т.е. процесс идет при постоянной температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии трех фаз (жидкой и кристаллов компонентов А и В) число степеней свободы будет равно нулю ![]() в) Другие сплавы системы аналогичны сплаву II, кривую охлаждения сплава см на рис 5.3.б. Процесс кристаллизации сплава II: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации избыточного компонента В. На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов компонента В) число степеней свободы будет равно единице ![]() Схема микроструктуры сплава представлена на рис. 2. ![]() Рис. 2. Схема микроструктур сплавов: а – доэвтектического, б – эвтектического, в – заэвтектического 5. При проведении количественного структурно-фазового анализа, конода, проведенная через заданную точку, пересекает линию ликвидус и оси компонентов, поэтому состав твердой фазы или 100 % компонента А, или 100 % компонента В. Вопросы
Лабораторная N2 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (Диаграмма состояния 2-го рода) ![]() Рис.1 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (а); кривые охлаждения типичных сплавов (б) Сначала получают термические кривые. Полученные точки переносят на диаграмму, соединив точки начала кристаллизации сплавов и точки конца кристаллизации, получают диаграмму состояния. Варианты задания по диаграмме состояния 2-го рода Построить диаграмму состояния для сплава твердого раствора замещения Ni-Cu (компонент A – компонент Б), по нижеприведенным данным.
Сделать разрез сплава Ni-Cu на диаграмме состояния, как показано на рис.1 и описать состояние сплава в каждой точке. Должно быть 5 точек: 1 – точка над линией ликвидуса, 2 – на линии, 3 – между линиями, 4 – на линии солидуса 5 – ниже линии Варианты разреза по диаграмме состояния ( у каждого свой вариант)
Анализ полученной диаграммы. 1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В). 2. Число фаз: f = 2 (жидкая фаза L, кристаллы твердого раствора ![]() 3. Основные линии диаграммы:
4. Характерные сплавы системы: Чистые компоненты А и В кристаллизуются при постоянной температуре, кривая охлаждения компонента В представлена на рис. .1,б. Остальные сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая охлаждения которого представлена на рис. 1, б. Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора ![]() Согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов твердого раствора ![]() ![]() При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора ![]() Схема микроструктуры сплава представлена на рис. 2. ![]() Рис. .2. Схема микроструктуры сплава – однородного твердого раствора 5. Количественный структурно-фазовый анализ сплава. Пользуясь диаграммой состояния можно для любого сплава при любой температуре определить не только число фаз, но и их состав, и количественное соотношение. Для этого используется правило отрезков. Для проведения количественного структурно-фазового анализа через заданную точку проводят горизонталь (коноду) до пересечения с ближайшими линиями диаграммы (ликвидус, солидус или оси компонентов). А). Определение состава фаз в точке m: Для его определения через точку m проводят горизонталь до пересечения с ближайшими линиями диаграммы: ликвидус и солидус. Состав жидкой фазы определяется проекцией точки пересечения горизонтали с линией ликвидус p на ось концентрации. Состав твердой фазы определяется проекцией точки пересечения горизонтали с линией солидус q (или осью компонента) на ось концентрации. Состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса, а состав твердой фазы – по линии солидуса. С понижением температуры состав фаз изменяется в сторону уменьшения содержания компонента В. Б). Определение количественного соотношения жидкой и твердой фазы при заданной температуре (в точке m): Количественная масса фаз обратно пропорциональна отрезкам проведенной коноды. Рассмотрим проведенную через точку m коноду и ее отрезки. Количество всего сплава (Qсп) определяется отрезком pq. Отрезок, прилегающий к линии ликвидус pm, определяет количество твердой фазы. ![]() Отрезок, прилегающий к линии солидус (или к оси компонента) mq, определяет количество жидкой фазы. ![]() |