Задание 1 Построить диаграмму состояния сплава из двух компонентов термическим методом
Задание 2 Построить диаграмму состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов А и В в жидком и твердом состояниях в зависимости от концентрации и температуры
Задание 3. Построить кривые охлаждения
ЭТАЛОН ОТВЕТА
Задание1
Задание 2
Диаграмма состояния показывает изменение состояния сплавов в зависимости от температуры (P = const) и концентрации.
Если в системе имеется два компонента, то диаграмма будет иметь два измерения: первое - температурная шкала, второе - концентрация сплава (рисунок 2).
Рисунок 2.
Каждая точка на оси абсцисс соответствует определённому содержанию каждого компонента. Общее содержание компонентов в сплаве - 100%.
Крайние ординаты на диаграмме соответствуют чистым компонентам, а ординаты между ними - двойным сплавам.
Через точку С проходит сплав содержащий 35% компонента В и, соответственно, 65% компонента А.
Каждая точка на диаграмме состояния показывает состояние сплава данной концентрации при данной температуре. Каждая вертикаль соответствует изменению температуры определенного сплава. Изменение фазового состояния сплава отмечается на диаграмме точкой.
Линии, соединяющие точки аналогичных превращений, разграничивают на диаграмме области аналогичных фазовых состояний.
Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют оба компонента друг с другом в твердом и жидком состоянии, то есть, растворимы ли они в жидком и твердом состоянии, образуют ли химические соединения и так далее.
Обычно диаграммы состояния строят, экспериментально используя термический анализ, то есть строят кривые охлаждения и по остановкам и перегибам на этих кривых, вызванным тепловым эффектом превращений, определяют температуры превращений. Эти температуры называют критическими точками.
Задание 3.
Температуру металлов измеряют обычно при помощи термопары.
Имея достаточное количество сплавов, и определив в каждом сплаве температуры превращений, можно построить диаграмму состояния.
Рисунок 3. Построение кривых охлаждения
Диаграмма состояния показывает, какую структуру будет иметь медленно охлажденный сплав при любой температуре.
Диаграмма состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов А и В в жидком и твердом состояниях в зависимости от концентрации и температуры дана на рис.1.
Рисунок 1. Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонентов
Если два компонента неограниченно растворяются в жидком и твердом состояниях, то возможно существование только двух фаз - жидкого раствора Ж (L) и твердого раствора (a). Следовательно, трех фаз быть не может, кристаллизация не наблюдается при постоянной температуре и горизонтальной линии на диаграмме нет.
При температуре выше линии tА а tВ, называемой линией ликвидус, существует только жидкая фаза Ж. В этой области свободная энергия жидкой фазы Fж ниже свободной энергии твердого раствора Fa, состоящего из компонентов А и В.
В области ниже линии tА б tВ, называемой линией солидус, устойчив a - твердый раствор, так как Fa < Fж.
Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся жидкая фаза и a-твердый раствор.
Диаграмма состояния строится методом термического анализа.
Кристаллизация чистого компонента А: равномерное понижение температуры до значения tА (температура плавления компонента А), при которой компонент А затвердевает (до tА - С = 1 + 1 - 1 = 1). На кривой отмечается остановка (горизонтальная линия), так как согласно правилу фаз только при этой температуре одновременно могут существовать две фазы - твердая и жидкая (С=1+1-2=0). После затвердевания (Ф = 1), температура снова равномерно понижается С = 1 + 1 - 1 = 1. Аналогично для компонента В (рисунок 1).
При охлаждении сплава I температура понижается до t1 (C=2+1-1=2), при которой начинается кристаллизация, на кривой охлаждения наблюдается перегиб, связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации.
Начиная от температуры t1, из Ж -фазы кристаллизуется твердый раствор. Процесс кристаллизации идет при понижающейся температуре (С=2+1-2=1), существует две фазы: Ж и a.
При достижении t2 сплав затвердевает и при более низких температурах существует только a - твердый раствор.
Если найденные точки перенести на диаграмму, и одноименные точки соединить плавными линиями, то получится диаграмма состояния системы сплавов А и В, образующих непрерывный ряд твердых растворов (рисунок 1).
В интервале температур между линиями ликвидус и солидус две фазы - жидкий сплав и a- твердый раствор.
Критерии оценки
Отметка «5» ставится за правильно выполненные 3 заданий
отметка «4» ставится за правильно выполненные 2 и 3 задания
отметка «3» ставится за правильно выполненные №2
отметка «2» ставится за не выполненное задание №2.
Практическая работа № 8. Работа с диаграммой состояния железо-цементит