Практическое занятие № 1.
- Цель работы:
1. Научиться прогнозировать наличие определенных структурных составляющих в сплавах после их затвердевания.
- Освоить метод оценки состава двойного сплава по количественному соотношению структурных составляющих.
- Освоить навыки анализа фазовых и структурных изменений при охлаждении двойных сплавов.
- Введение.
Диаграмма равновесия (рис.1) не дает представления о структуре, а характеризует лишь равновесие фаз при разных температурах. При формировании микроструктуры решающее значение имеет кинетика фазового превращения, определяемая, прежде всего скоростью охлаждения сплава и рядом других факторов. В данной диаграмме компоненты ограниченно растворимы в твердом состоянии. Сплав концентрации Е имеет одну критическую точку, находящуюся на линии DEC; в нем жидкая фаза затвердевает с одновременным образованием кристаллов α и β. Такое превращение называется эвтектическим, а образующаяся микроструктура – эвтектикой. Эвтектическое превращение обратимо и записывается следующим образом:
LЕ ↔ α D 
+ βC
В записи реакции указаны не только фазы, находящиеся в равновесии, но и их состав (по массе). Последнее обязательно, так как, согласно правилу фаз Гиббса, двухкомпонентная система при трехфазном равновесии нонвариантная.
Согласно экспериментальным исследованиям и теории кристаллизации сплавов эвтектического типа, в жидкости эвтектического состава зарождается кристалл металлической фазы (обычно фазы с более высокой температурой плавления), который является подложкой для зарождения второй эвтектическо й фазы.
С момента появления двух соприкасающихся кристаллов начинается совместное сопряженное врастание их в эвтектический расплав. В результате совместного роста
образуются эвтектические колонии, каждая из которых, представляет собой два разветвленных, взаимопронизывающих кристалла эвтектических фаз. Такие колонии в эвтектических сплавах являются аналогами кристаллитов однофазных сплавов. На произвольном сечении колония воспринимается как упорядоченная тонкодисперсная смесь двух эвтектических фаз. Эвтектика является одной структурной составляющей вследствие ее однообразного строения и равномерного распределения структурных составляющих.
Сплавы состава до состав точки Е% (по компоненту В), называются доэвтектическими, а более – заэвтектическими. В первом случае кристаллизация начинается образованием первичных (избыточных) кристаллов α1, а во втором – кристаллов β1. Жидкая фаза, находящаяся в равновесии с этими кристаллами, при охлаждении меняет свойства по линии ликвидус (АЕВ), стремясь к эвтектическому составу. При достижении некоторого переохлаждения относительно эвтектической температуры, жидкость эвтектического состава затвердевает, образуя эвтектику из кристаллов α и β.
Микроструктура доэвтектического сплава характеризуется первичными (избыточными) кристаллами α1и эвтектикой. Количественное соотношение структурных составляющих зависит от состава сплава и определяется по правилу рычага. Структура заэвтектических сплавов характеризуется первичными кристаллами β1 и эвтектикой.
По наблюдаемой структуре можно оценить состав сплава. Одним из методов количественного металлографического анализа определяют долю площади, занимаемой каждой структурной составляющей, и тем самым ее объемное содержание. Если допустимо считать, что плотности всех структурных составляющих одинаковы, то состав сплава может быть рассчитан по правилу рычага.
В противном случае состав сплава рассчитывают следующим образом. а) для доэвтектических сплавов
