- Лабораторная работа №3 построение диаграммы состояния сплавов «олово — цинк» термическим методом
- 3.1. Назначение и сущность термического анализа
- Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово — цинк»
- Материаловедение. Методичка 93 (2013) вёрстка. Практикум по дисциплине Материаловедение для студентов технических специальностейСост. Г. Ю. Юрьева, В. Н. Шахов Сибгау, Красноярск, 2014. С
- Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк»
- Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово — цинк»
Лабораторная работа №3 построение диаграммы состояния сплавов «олово — цинк» термическим методом
Цель работы: освоение методики определения температур затвердевания сплавов «олово-цинк»; построение диаграммы состояния сплавов; изучение процессов кристаллизации и микроструктур полученных сплавов.
3.1. Назначение и сущность термического анализа
Термический анализ является наиболее распространенным методом изучения сплавов, особенно при затвердевании их из жидкого состояния. Кристаллизация, плавление, полиморфные и другие фазовые превращения в металлах и сплавах всегда сопровождаются выделением или поглощением тепла. Термический анализ сводится к регистрации этих тепловых эффектов и определению соответствующих им температур. Для этого расплавленный металл охлаждают, одновременно записывая изменение температуры во времени. Затем строят кривые охлаждения, откладывая по оси абсцисс время, а по оси ординат — температуру.
На рис. 3.1 приведены кривые охлаждения аморфного и кристаллического тела, в данном случае чистого металла. Аморфное тело затвердевает постепенно, без тепловых эффектов и кривая охлаждения I на всем протяжении идет плавно.
Рис. 3.1. Кривые охлаждения:
1 — аморфного тела;
2 — кристаллического тела
Кривая охлажения кристаллического тела отличается наличием перегибов и горизонтальных площадок, по которым определяют температуры фазовых превращений (критических точек).
Кривая охлаждения чистого металла 2 показывает, что до начала затвердевания (до точки а) температура снижается монотонно, а затем (в точке а) кривая переходит в горизонтальную площадку, свидетельствующую о протекании фазового превращения при постоянной температуре (до точки б), после чего температура продолжает монотонно снижаться до комнатной. Горизонтальный участок а — б соответствует переходу металла из жидкого в твердое состояние. Выделяющаяся теплота кристаллизации в течение некоторого времени вызывает остановку снижения температуры. Кривая охлаждения 2 характерна для чистых металлов, не имеющих полиморфных превращений, и сплавов эвтектического состава. В других случаях возможно наличие нескольких горизонтальных площадок и перегибов, соответствующих фазовым превращениям.
Рис. 3. 2. Схема термоэлектрического пирометра
Измерение температуры осуществляется с помощью термоэлектрического пирометра, который состоит из двух частей: термопарной Т и измерительной (милливольтметра) М. Проволоки из двух разных металлов I и 3 (рис. 3.2), сваренные в точке 2 (так называемый горячий спай), образуют термопару, которая соединена проводами 4 и ^ с милливольтметром М. Место соединения проволок I и 3 с проводами 4 и 5 называется холодным спаем, который должен находиться при постоянной температуре 0 С (или комнатной). Горячий спай термопары помещают в среду, температура которой должна быть измерена.
При нагреве горячего спая возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), величина которой пропорциональна температуре измеряемой среды. Под действием ЭДС происходит отклонение стрелки 6 милливольтметра М, шкала 7 которого отградуирована в градусах Цельсия. Чем выше температура горячего спая, тем больше угол отклонения стрелки милливольтметра. В зависимости от температуры нагрева применяют различные термопары: до 1600 С — платино-платинородиевые (ПП), до 1200 С — хромель-алюмелевые (ХА), до 800 С — хромель-копелевые (ХК) и др.
Источник
Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово — цинк»
Сплав, соответствующий точке 8% цинка и 92% олова, затвердевает при постоянной температуре 200 о С. При этой температуре (ей соответствует горизонтальная площадка на кривой охлаждения, рис. 4. 4, б) из жидкости одновременно выделяются мелкие кристаллы цинка и олова, смесь которых называется эвтектикой, а данное превращение Ж→Zn+Sn — эвтектическим. Эвтектический состав при исследовании под микроскопом обнаруживает характерную мелкодисперсную структуру из выделений цинка, расположенных в оловянной основе.
Сплав с 80% цинка затвердевает в температурном интервале 5-6 и имеет на кривой охлаждения две критические точки. Первая (перегиб кривой охлаждения, рис. 4.4, г) отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов цинка, которое продолжается до 200 о С. В процессе выделения кристаллов цинка оставшийся жидкий сплав обогащается оловом, и химический состав жидкости при этом непрерывно меняется. Для того чтобы определить химический состав жидкости в интервале температур «начало кристаллизации — конец кристаллизации», необходимо через заданную точку, например т на рис. 4. 4, провести параллельно оси концентраций коноду Кп до пересечения с линией ликвидус СВ; проекция точки пересечения К на ось концентраций покажет процентное содержание цинка и олова в жидкости. При температуре 200 о С в жидкости остается 8% цинка, и происходит эвтектическое превращение, которое соответствует горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате микроструктура затвердевшего сплава состоит из крупных кристаллов цинка и эвтектики.
Сплав с повышенным содержанием олова (4% цинка) также затвердевает в интервале температур и тоже имеет на кривой охлаждения (рис. 4. 4, а) две критические точки. Первая отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов олова, которое и в этом случае продолжается до 200°С. Жидкая фаза данного сплава вследствие выделения кристаллов олова обогащается цинком до эвтектического состава. Окончательно сплав затвердевает при температуре второй критической точки, отвечающей горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате образуется структура, состоящая из кристаллов олова и эвтектики.
Диаграмма состояния показывает, что только чистые металлы и сплавы эвтектической концентрации плавятся и затвердевают при постоянной, строго определенной температуре. Характерная особенность эвтектического сплава (в данном случае 8% Zn) заключается в том, что он имеет более низ- кую температуру плавления, чем составляющие его компоненты. Затвердевание всех остальных сплавов происходит в определенном интервале температур, причем при охлаждении любого сплава сперва из жидкой фазы выделяется в виде кристаллов избыточный по отношению к составу эвтектики компонент, т.к. при охлаждении любого сплава его жидкая фаза всегда стремится к эвтектической концентрации. В области, ограниченной фигурой DАС, сплавы находятся в виде кристаллов олова и жидкого сплава, а в области, ограниченной фигурой СВЕ — в виде кристаллов цинка и жидкого сплава. Ниже линии DС они состоят из кристаллов олова и эвтектики (доэвтектические сплавы); ниже точки С — из одной эвтектики (эвтектический сплав); ниже линии СЕ — из кристаллов цинка и эвтектики (заэвтектические сплавы).
Рис. 4.3. Последовательность построения диаграммы состояния сплавов
Рис.4.4. Кривые охлаждения, структуры и диаграмма состояния сплавов олова с цинком
Порядок выполнения работы и содержание отчета
1. Ознакомиться с содержанием работы.
2. Проверка преподавателем готовности студентов к выполнению работы.
3. Выполнить экспериментальную часть работы по определению критических температур начала и конца кристаллизации заданных сплавов.
4. Построить диаграмму состояния сплавов системы «олово — цинк».
5. Изучить и проанализировать микроструктуру четырех сплавов «олово — цинк» с помощью микроскопа.
6. Составить отчет о проделанной работе. Содержание отчета: название и цель работы, теоретическая часть, описание хода работы, кривая охлаждения заданного сплава, сводная таблица критических температур кристаллизации всех четырех сплавов, диаграмма состояния сплавов«олово — цинк» с обозначением фаз и структур, рисунки микроструктур всех четырех сплавов с обозначением процентного состава каждого сплава и структурных составляющих.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается термический метод исследования сплавов?
2. Как и чем измеряется температура сплава при охлаждении?
3. Методика построения диаграммы состояния сплавов по данным, полученным при проведении эксперимента.
4. Что такое диаграмма состояния сплавов?
5. Показать на диаграмме линии ликвидус и солидус.
6. Какие фазы находятся в различных областях диаграммы?
7. Как по диаграмме состояния определяется химический состав жидкости в интервале температур «начало кристаллизации — конец кристаллизации»?
8. Показать на диаграмме сплавы доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.
9. Из чего состоит микроструктура доэвтектических, эвтектических и заэвтектических сплавов?
10. Что называется эвтектикой?
11. Покажите на диаграмме эвтектическую точку, эвтектическую концентрацию, эвтектическую линию.
12. Описать процесс формирования микроструктуры при кристаллизации любого доэвтектического, эвтектического и заэвтектического сплава.
Лабораторная работа №5
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Источник
Материаловедение. Методичка 93 (2013) вёрстка. Практикум по дисциплине Материаловедение для студентов технических специальностейСост. Г. Ю. Юрьева, В. Н. Шахов Сибгау, Красноярск, 2014. С
| Название | Практикум по дисциплине Материаловедение для студентов технических специальностейСост. Г. Ю. Юрьева, В. Н. Шахов Сибгау, Красноярск, 2014. С |
| Анкор | Материаловедение. Методичка 93 (2013) вёрстка.doc |
| Дата | 04.02.2017 |
| Размер | 6.44 Mb. |
| Формат файла |  |
| Имя файла | Материаловедение. Методичка 93 (2013) вёрстка.doc |
| Тип | Практикум #2242 |
| страница | 7 из 23 |
Подборка по базе: Тест по дисциплине Инновации в торговой деятельности.docx, Вопросы для подготовки к итоговому тестированию по дисциплине.do, Новое пособие по WORD. Лабораторный практикум Часть 2.doc, Проект по дисциплине консалтинг в образовательной организации Ле, CРСП 2 Практикум №2 Социологические исследования (1).docx, Задание к практическому занятию №1 по дисциплине «Ценообразовани, новый лабораторный практикум.doc, Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк»Диаграмма состояния сплавов представляет собой графическое изображение фазового и структурного состава любого сплава данной системы в зависимости от температуры и концентрации. Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют компоненты друг с другом в твердом и жидком состояниях. Результаты термического анализа
Для построения диаграммы необходимо: 1. Провести оси координат 2. На оси абсцисс отметить точки, соответствующие исследованным сплавам, т. е. сплавам с 4, 8, 30, 80% цинка и в каждой из этих точек восстановить перпендикуляр, т. е. провести линии сплавов (рис.3.3, б) 3. На каждой линии отметить точками температуры начала и конца кристаллизации, полученные экспериментально. Так как линии чистых металлов олова и цинка являются ординатами (левая — олово, правая — цинк), то на этих ординатах отметить точками температуры кристаллизации олова и цинка (рис. 3.3, в). 4. Соединить линией точки, характеризующие конец кристаллизации сплавов; т.к. все эти точки соответствуют одной температуре, то линия будет горизонтальной; продолжить эту линию до правой и левой ординат. Соединить плавными линиями точки, характеризующие начало кристаллизации сплавов; продолжить их до точек кристаллизации чистых металлов (олово — 232°С, цинк -419° С, рис. 3.3, г). 5. Обозначить полученные линии буквами и охарактеризовать их. Указать фазовый и структурный состав всех областей диаграммы. Линия АСВ, соединяющая точки начала кристаллизации, называется линией ликвидус. Выше этой линии все сплавы олова и цинка находятся в жидком состоянии. Линия ДСЕ характеризует конец затвердевания сплавов и называется линией солидус. Ниже ее все сплавы находятся в твердом состоянии. Между линиями ликвидус и солидус одновременно сосуществуют жидкая и твердая фазы (Ж + Sn и Ж + Zn). 6. Для правильного определения фазового и структурного состава всех областей диаграммы необходимо воспользоваться микроскопическим методом исследования сплавов, т. е. просмотреть под микроскопом приготовленные шлифы (при увеличении х 100 или х 200), а также изучить процесс формирования микроструктур при кристаллизации. Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово — цинк»Сплав, соответствующий точке 8% цинка и 92% олова, затвердевает при постоянной температуре 200 С. При этой температуре (ей соответствует горизонтальная площадка на кривой охлаждения, рис. 3. 4, б) из жидкости одновременно выделяются мелкие кристаллы цинка и олова, смесь которых называется эвтектикой, а данное превращение Ж→Zn+Sn — эвтектическим. Эвтектический состав при исследовании под микроскопом обнаруживает характерную мелкодисперсную структуру из выделений цинка, расположенных в оловянной основе. Сплав с 80% цинка затвердевает в температурном интервале 5 — 6 и имеет на кривой охлаждения две критические точки. Первая (перегиб кривой охлаждения, рис.3.4, г) отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов цинка, которое продолжается до 200 С. В процессе выделения кристаллов цинка оставшийся жидкий сплав обогащается оловом, и химический состав жидкости при этом непрерывно меняется. Для того чтобы определить химический состав жидкости в интервале температур «начало кристаллизации — конец кристаллизации», необходимо через заданную точку, например т на рис. 3. 4, провести параллельно оси концентраций коноду Кп до пересечения с линией ликвидус СВ; проекция точки пересечения К на ось концентраций покажет процентное содержание цинка и олова в жидкости. При температуре 200 С в жидкости остается 8% цинка и происходит эвтектическое превращение, которое. соответствует горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате микроструктура затвердевшего сплава состоит из крупных кристаллов цинка и эвтектики. Сплав с повышенным содержанием олова (4% цинка) также затвердевает в интервале температур и тоже имеет на кривой охлаждения (рис. 3. 4, а) две критические точки. Первая отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов олова, которое и в этом случае продолжается до 200°С. Жидкая фаза данного сплава обогащается цинком, вследствие выделения кристаллов олова, до эвтектического состава. Окончательно сплав затвердевает при температуре второй критической точки, отвечающей горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате образуется структура, состоящая из кристаллов олова и эвтектики. Диаграмма состояния показывает, что только чистые металлы и сплавы эвтектической концентрации плавятся и затвердевают при постоянной, строго определенной температуре. Характерная особенность эвтектического сплава (в данном случае 8% 7п) заключается в том, что он имеет более низ- кую температуру плавления, чем составляющие его компоненты. Затвердевание всех остальных сплавов происходит в определенном интервале температур, причем при охлаждении любого сплава сперва из жидкой фазы выделяется в виде кристаллов избыточный по отношению к составу эвтектики компонент, т.к. при охлаждении любого сплава его жидкая фаза всегда стремится
Рис. 4.3. Порядок построения диаграммы состояния сплавов Рис.4.4. Кривые охлаждения, структуры и диаграмма состояния сплавов олова с цинком Источник | ||||||||||||||||
к эвтектической концентрации. В области, ограниченной фигурой ДАС, сплавы находятся в виде кристаллов олова и жидкого сплава, а в области, ограниченной фигурой СВЕ — в виде кристаллов цинка и жидкого сплава. Ниже линии ДС они состоят из кристаллов олова и эвтектики (доэвтектические сплавы); ниже точки С — из одной эвтектики (эвтектический сплав); ниже линии СЕ — из кристаллов цинка и эвтектики (заэвтектические сплавы).