Как построить диаграмму 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.

Читайте также:  Электронные формулы ионов олова

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 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?

Читайте также:  Оксид олова характер оксида

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

Химический состав сплава Температура начала кристаллизации, 0 С Температура конца кристаллизации, °С
Содерж. олова, % Содерж. цинка, %
100 232 232
96 4
100 419 419

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
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).

Рис.4.4. Кривые охлаждения, структуры и диаграмма состояния сплавов олова с цинком

Источник