Форма записи результатов опыта

Фазовые равновесия. Построение диаграмм плавкости бинарных систем

Минск 2016

Цель работы: снять кривые охлаждения для чистых компонентов Р b и Sn и их сплавов, построить диаграмму состояния (плавкости) системы Pb – Sn.

Экспериментальная часть

Порядок выполнения опыта:

1. Взвешиваем на технохимических весах с точностью до 0,1 г навески чистых металлов Pb, Sn и их смесей в соответствии с табл. 1.

Таблица 2.1

Форма записи результатов опыта

Примечание: Данные фазовых превращений соответствующих

составов выписываем из приложения, табл.П.2

2. Помещаем взвешенные навески в корундизовые тигли и поставим в нагретую до 450 ± 10 °С электрическую муфельную печь. Температуру в печи контролируем с помощью ХА термопары, подключенной к измерительному прибору.

3. Достаём с помощью щипцов тигель с расплавом из муфельной печи и помещаем его в специальную ячейку жаростойкой керамической подставки.

4. Быстро погружаем в расплав спай термопары, подключенной к автоматическому потенциометру КСП‑4. Термопара не должна касаться стенок и дна тигля.

5. Охлаждение расплава автоматически фиксируется потенциометром с изображением кривой охлаждения.

6.Отмечаем на ленте диаграммы характерные точки, связанные с фазовыми превращениями. Определяем температуры начала и конца кристаллизации и заносим в табл.1.

7. После полной кристаллизации расплава выключаем диаграммную ленту и с помощью щипцов тигель вместе с термопарой помещаем на электроплитку для освобождения термопары, не выключая потенциометра.

8.Помещаем тигель с изученным сплавом в керамическую подставку для охлаждения.

9. Повторяем опыт в той же последовательности для всех исследуемых составов и данные заносим в табл. 1.

При оформлении анализа результатов опыта выполните следующие задания и ответьте на вопросы:

1. Пользуясь экспериментальными данными (см. табл. 1), вычертите на миллиметровой бумаге в координатах «температура – время» кривые охлаждения чистых Pb; Sn и их сплавов, расположив их последовательно по мере увеличения содержания Pb.

2. Постройте диаграмму состояния Sn – Pb в координатах «температура – состав». Для этого по оси абсцисс отложите состав в масс.%, по оси ординат – температуру в ⁰С. Перенесите температуры фазовых превращений на координатную сетку в соответствии с составом и соедините температуры начала кристаллизации всех составов, включая чистые Pb и Sn. Затем соедините температуры конца кристаллизации. Кривые охлаждения и диаграмма состояния Sn–Pb должны быть расположены последовательно.

3. На полученной диаграмме пунктирными линиями постройте линии ликвидуса и солидуса по табличным данным (см. табл. П. 2).

4. Обозначьте фазовые поля на диаграмме состояния и, используя правило фаз Гиббса, укажите области, в которых система двухвариантна, одновариантна, безвариантна.

Напишите вывод, указав полное название полученной диаграммы. Объясните, почему диаграмма Sn–Pb относится к данному типу. Укажите состав эвтектики и эвтектическую температуру. Каким компонентом обогащен эвтектический состав? Из каких кристаллических фаз состоят закриcталлизованные смеси?

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятиям фаза, компонент, степени свободы. Запишите правило фаз Гиббса и установите максимальное число степеней свободы и количество фаз, которые могут находиться в равновесии в одно- и двухкомпонентных системах.

2. Что называется диаграммой состояния? Какие задачи можно решить с помощью диаграмм состояния?

3. Вычертите диаграмму состояния для системы Au–Si, учитывая, что 1063 °C, 1412 °С, координаты эвтектики 370 °C и 30 маc % Si. Постройте кривую охлаждения для состава, содержащего 50 %Si, рассчитайте число степеней свободы на каждом участке кривой и опишите, как изменяются составы фаз. Пользуясь правилом рычага, рассчитайте для указанного состава количество жидкой и твердой фаз, находящихся в равновесии при температуре 600 °С, если общая масса сплава равна 1 кг.