Упражнения по диаграммам состояний двойных сплавов

УПРАЖНЕНИЯ ПО ДИАГРАММАМ СОСТОЯНИЙ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ.

МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ СВИНЕЦ-СУРЬМА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Освоить приемы анализа диаграмм состояний двойных сплавов.

1.2. Освоить методику металлографического анализа сплавов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Изучить четыре основных типа диаграмм состояний двойных сплавов.

2.2.Освоить применение правила отрезков и правила фаз для анализа диаграмм состояний и построения кривых охлаждения сплавов

2.3.Ознакомиться с методикой подготовки образцов к металлографическому исследованию.

2.4.Ознакомиться с устройством и принципом действия металлографического микроскопа МИМ-7.

2.5.Определить структурные составляющие четырех сплавов системы свинец-сурьма и сопоставить наблюдаемые структуры сплавов с диаграммой состояний.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Упражнения по диаграммам состояний двойных сплавов

СПЛАВ – это вещество, полученное сплавлением нескольких химических элементов (в нашем случае – двух).

Химические элементы, оставляющие сплав, называются КОМПОНЕНТАМИ. В общем виде будем их обозначать А и В.

Для одних и тех же компонентов множество сплавов, отличающихся только концентрацией компонентов, составляют СИСТЕМУ СПЛАВОВ, которую принято именовать по перечню компонентов. Например, сплавы системы А - В – это множество сплавов из компонентов А и В, отли­чающихся содержанием А и В. Поскольку в двойных сплавах суммарная концентрация компонентов составляет 100%:

% А + % В = 100%,

то любой конкретный сплав системы А - В принято указывать содержанием в нем компонента В (например: сплав, содержащий 10% В).

Внутри сплава его компоненты распределены в общем случае неравномерно (сплав – не просто смесь компонентов), они находятся внутри различных СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ. Свойства сплава полностью определяются его внутренними составляющими (фазовым составом, структурой), которые можно определить путем анализа диаграммы состояний.

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЙ сплавов системы А - В – это графическое изображение возможных фазовых и структурных состояний любых сплавов системы А - В в зависимости от температуры. Диаграммы состояний изображаются в координатах: температура - химический состав сплава. В нашем случае химический состав любого сплава однозначно задается указанием содержания в нем компонента В. Таким образом, координаты диаграммы состояний: температура сплава – содержание в нем компонента В.

Вид (тип) диаграммы состояний полностью определяется характером физико-химического взаимодействия его компонентов между собой. При высоких температурах, как правило, компоненты образуют однородные жидкие растворы, которые на всех диаграммах обозначаются L (жидкость).

В твердом состоянии компоненты внутри сплава могут в общем случае взаимодействовать следующим образом:

1) химически реагировать друг с другом с образованием нового вещества – ХИМИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ A_m В_n:

А + В = A_m В_n;

Характерные особенности химического соединения:

а) кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих химическое соединение;

б) в соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов, что позволяет выразить их состав простой формулой;

в) свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов;

г) температура плавления постоянна;

д) образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

2) растворяться в кристаллической решетке друг друга полностью либо частично, при этом образуются ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ. При образовании твердых растворов один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого компонента располагаются в решетке первого (растворителя), изменяя ее размеры (периоды). Твердый раствор имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу. Различают твердые растворы по типу замещения, когда атомы растворенного компонента замещают часть атомов в узлах решетки растворителя, и по типу внедрения – атомы растворенного компонента находятся в междоузлиях кристаллической решетки растворителя. Твердые растворы обозначаются на диаграммах состояния греческими буквами α, β, g и т.д.

3) образовывать легкоплавкую гетерогенную смесь двух или нескольких фаз, которая кристаллизуется из жидкости строго определенного состава при постоянной температуре – ее называют ЭВТЕКТИКОЙ. А если идет распад твердого раствора определенной концентрации при постоянной температуре с образованием гетерогенной смеси двух фаз, то эту смесь называют ЭВТЕКТОИДОМ.

Важнейшими элементами внутреннего строения любых сплавов являются его фазовые составляющие (или короче – фазы).

ФАЗА – это однородная (иногда – очень малая по размерам) часть сплава, отделенная от других частей границей раздела, при переходе через которую наблюдается скачок физико-механических свойств.

В соответствии с этим определением в общем случае фазами в сплавах могут быть:

1) компоненты А, В;

2) жидкий раствор компонентов – жидкость L;

3) твердые растворы компонентов друг в друге – α, β;

4) химические соединения A_m В_n.

Следует, обратить внимание, что ЭВТЕКТИКА или ЭВТЕКТОИД – НЕ ФАЗА! (Это смесь фаз).

Каждой фазе, существование которой возможно в сплавах системы А - В, на диаграмме состояний этой системы соответствует ОДНОФАЗНАЯ ОБЛАСТЬ, то есть область температур и составов, при которых фаза способна существовать с присущими ей физическими свойствами.

При проведении анализа диаграммы состояний необходимо сначала по характерным линиям диаграммы определить вид взаимодействия компонентов в сплавах данной системы, затем выявить однофазные области на диаграмме. После этого с помощью правила отрезков (см. ниже) определить фазовый состав сплавов в остальных (двухфазных) областях диаграммы состояний и, наконец, построением кривых охлаждения для конкретных сплавов системы определить возможные структуры сплавов в охлажденном состоянии.

В соответствии с различным видом взаимодействия компонентов сплава различают несколько типов диаграмм состояний, простейшие из которых предлагаются в этом разделе для рассмотрения и анализа.