Время охлаждения, с | Термоэлектродвижущая сила, мВ | Температура, "С |
120 и т. д. |
Свинец и сурьма обладают неограниченной растворимостью в жидком состоянии, а в твердом состоянии не растворимы и не образуют промежуточных фаз.
Добавление к свинцу или сурьме некоторого количества второго компонента вызывает понижение температур начала затвердевания. Чем больше добавлено второго компонента, тем ниже температура затвердевания. Это соблюдается до определенной концентрации компонентов, при которой сплав имеет наименьшую температуру затвердевания. Такая концентрация называется эвтектической, а сплав -эвтектическим.
Обычно берут небольшое количество сплавов, расплавляют их (с некоторым перегревом) и затем следят за процессом их охлаждения, отмечая через равные промежутки времени температуру сплава. Затвердевание сплава, состоящего из двух компонентов, как правило, происходит в интервале температур. Исключением является сплав эвтектического, состава, который затвердевает при постоянной температуре.
Температуру сплава можно измерить термоэлектрическим пирометром (рис.19), который состоит из термопары (1) и милливольтметра, потенциометра,гальванометра (2). Термопара, представляет собой два разновидных проводника (а, б) сваренных в точке (горячий спай-г.с.). Два конца (холодный спай - х.с.) соединяются проводами с милливольтметром или гальванометром. Если горячий спай термопары поместить в тигель (3) со средой, (4), температура которой необходимо измерить, то в цепи возникает термоэлектрический ток. Сопротивление цепи постоянно, поэтому величина тока будет зависеть только от термоэлектродвижущей силы (т.э.д.с), развиваемой термопарой. Т.э.д.с. зависит от разности температур между горячим и холодным спаями термопары. Если температура холодного спая постоянная (0 или 20°С) то т.о.д.с., а значит и термоэлектрический ток, зависит только от температуры горячего спая, т.е. от температуры среды, в которую он помещен.
|
Рис.19. Схема термоэлектрического пирометра
Мв – милливольтметр
Ма – миллиамперметр
Потенциометр многоточечный
Термонорм
Хромель-алюмель ХА
≈ 950 ºС
Хромель-капель ХК
Платина – платинородий Pt ∙ PtRh 1800 ºС
Вольфрам –вольфрамрений W – WRe 3400 ºС
Карбид вольфрама – графит WC графит 3700 ºС
4. ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ
4.1. Взять тигли с металлическим свинцом и сплавами следующих составов: 5% Sb и 95% Pb, 13% Sb и 87% Рb, 30% Sb и 70% Рb
4.2. Нагреть в печи тигли со свинцом и сплавами до t = 490ºС
4.3. Выгрузить тигли из печи и опустить горячий спай термопара в расплав.
4.4. Измерять температуру свинца или сплава (по указанию преподавателя) через каждые 15 секунд в интервале температур 450-150°С и заполнить таблицу 5 и 6
4.5. Построить кривые охлаждения свинца, сурьмы (t пл = б31°С) и сплавов в координатах t,°С - τ, с.
4.6.Построить диаграмму состояния сплавов свинец-сурьма
4.7.Провести фазовый и структурный анализ сплавов свинец-сурьма по диаграмме фазового состояния
Таблица 5
№№отсчетов | |
Показания тер- моэлектричес- кого пирометра или °С |
Таблица 6
№ сплава | Состав сплава, % | Температура начала затвердевания сплава, °С | Температура конца затвердевания сплава, °С | |
Свинец | Сурьма | |||
|
5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1. Сущность термического метода построения диаграмм состояния
5.2. Какой сплав называется эвтектическим и особенности его кристаллизации
5.3. Чтотакое компонент, фаза, система?
5.4. Назначение диаграмм состояния?
5.5. Правило фаз Гиббса и применение его при анализе двухкомпо-нентных систем.
5.6. Классификация сплавов свинец - сурьма по химическому составу.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.I. Изучить структуру технического железа и углеродистых сталей.
1.2. Определить марки, предложенных сталей.
2. ПРИБОРЫИ МАТЕРИАЛЫ
2.1. Набор шлифов лабораторной коллекции
2.2. Металлографические микроскопы МИМ-7 иМИМ-8
2.3. Альбом с фотографиями микроструктур
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Сталями называются сплавы железа с содержанием углерода менее 2%. Кроме основных элементов (железа и углерода) в сталях присутствуют примеси: кремний, марганец, сера, фосфор, количество которых регламентируют ГОСТ 380-71, 1050-74, 1435-74.
Фазовые превращения и структурные составляющие в сталях описываются левой частью (левее точки Е) диаграммы железо-цементит. В зависимости от содержания углерода различают стали:
доэвтектоидные - < 0,8%С
структура - феррит и перлит
эвтектоидные - 0,8%С
структура - перлит
заэвтектоидные - > 0,8%С
структура - цементит вторичный и перлит
3.1. Характеристика структурных составляющих сталей
Структурными составляющими сталей являются феррит, цементит, перлит, аустенит.
Аустенит – твердый раствор внедрения «С» в Feγ.
|
Феррит - это раствор внедрения углерода в α железе. Предельная растворимость углерода в феррите при 727°С - 0,025%. Феррит имеет объемноцентрированную кубическую решетку, твердость - 40-80 НВ, σ – 15 кг*с/мм^2, пластичность – 50-80%.
Цементит - это химическое соединение Fе3С, содержащее 6,690%С, имеющее сложную ромбическую решетку, твердость 750-800 НВ, σ-15кг*с/мм^2
Перлит - это механическая смесь феррита и цементита пластинчатого строения, которая образуется в результате эвтектоидного распада аустенита, содержащего 0,8%С. σв ≈ 50; аn ≈ 5-10, φδ ≈ 5-10%
Твердость перлита 180-220 НВ
После травления стали 4-5%-ным раствором НNO3 в этиловом спирте феррит и цементит выглядят под микроскопом светлыми составляющими, перлит - темным.
4. ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ
4.1. Зарисовать микроструктуру сталей с указанием структурных составляющих.
4.2. Определить количественное соотношение структурных составляющих.
4.3. По относительному количеству структурных составляющих приблизительно определить содержание углерода по формулам:
в доэвтектоидных сталях
в заэвтектоидных сталях
где Sп, Sц, - площадь, занятая перлитом и цементитом в поле шлифа.
4.4. Определить марки просмотренных сталей:
доэвтектоидных - по ГОСТ 1050-74
эвтектоидных и заэвтектоидных по ГОСТ 1435-74
5. ФОРМА ОТЧЕТА
№№ пп | Зарисовка микроструктуры стали (Форма Ø40мм) | Описание образца стали |
5.1. | ![]() | 5.1.1. Доэвтектоидная сталь
5.1.2. Структурные составляющие:
светлая сетка избыточного феррита, пластинчатого строения перлит
5.1.3. ![]() |
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
6.1. Какие сплавы называются сталями?
6.2. Влияние углерода на механические свойства сталей.
6.3. Характеристика структурных составляющих сталей
6.4. От чего зависит качество сталей и почему?
6.5. Классификация сталей по назначению, содержание углерода в этих сталях, их маркировка.
К Х С К
S P H N O
H – участвует во всех ломкостях, флокены, газовые раковины, гидраты.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ЧУГУНОВ
I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1. Изучить микроструктуру чугунов
1.2. Определить по микроструктуре вид и класс чугуна
2. ПРИБОРЫИ МАТЕРИАЛЫ
2.1. Набор шлифов чугунов лабораторной коллекции
2.2. Металлографические микроскопы МИН-7 и МИМ-8
2.3. Альбомы с фотографиями микроструктур
3. Теоретическое введение
Чугунами называется сплавы железа с содержанием углерода более 2%. По состоянию углерода все чугуна можно разделить на две группы:
3.1. Чугуны, в которых весь углерод связан с железом в химическое соединение Fe3C (белые чугуны).
3.2. Чугуны, в которых углерод частично связан с железом в химическое соединение Fe3C, частично присутствует в свободном состоянии в виде графита (серые, ковкие, высокопрочные чугуны).
3.1. Белые чугуны
Кристаллизация белого чугуна протекает при относительно быстром охлаждении расплава в соответствии с метастабильной диаграммой железо-цементит. В процессе кристаллизации белый чугун дважды претерпевает изотермическое превращение:
3.1.1. Эвтектическое
Ж 4,3%С Л 4,3%С (А 2,14%С+ Ц 6,67%С)
3.1.2. Эвтектоидное
А 0,8%С П 0,8%С(Ф 0,025%С+ Ц 6,67%С)
Таким образом, в структуре белого чугуна обязательно присутствует составлявшая ледебурит, который в интервале 1147-727°С представляет собой механическую смесь аустенита и цементита, а ниже 727°С - смесь перлита и цементита.
В зависимости от содержания углерода белые чугуны делятся на: дбэвтектические - Fе + (2,0 - 4,31)%С, структура: ледебурит, перлит, цементит. Эвтектические - Fе + 4,3%С, структура ледебурит. Заэвтектические - Fе + (4,3 - 6,67) %С структура; ледебурит + цементит.
3.2. Серые, ковкие, высокопрочные чугуны.
Серый чугун кристаллизуется при медленном охлаждении расплавов, которое обусловливает выделение графита в соответствии со стабильной диаграммой железо-графит.
Ковкий чугун получают из белого чугуна путем его отжига (при t=950ºС и модифицирования Ca,CаSi, РЗМ).
Высокопрочный чугун получают путем модифицирования серого чугуна.
Всевозможные формы графитных включений, встречающиеся в чугунах, регламентирует ГОСТ 3443-77
В чугунах можно выделить три основные формы графитных включений и соответственно три вида чугунов:
Форма графитных включений | Вид чугуна |
Пластинчатая | серый |
компактная (хлопьевидная) | ковкий |
Глобулярная | высокопрочный |