Практическая часть оборудование и образцы

Для выполнения лабораторной работы студентам предоставляются микроскоп и коллекция из 5 шлифов.

Задание

1. В соответствии с вариантом вычертить диаграмму состояния.

2. Указать компоненты, дать характеристику диаграммы, перечислить фазы, охарактеризовать точки и линии диаграммы.

3.Записать фазовые превращения в сплавах, происходящие при постоянных температурах (нонвариантные реакции).

4.Обозначить фазы и структуры во всех областях диаграммы.

5. В соответствии с вариантом задания для заданного сплава построить кривые охлаждения с применением правила фаз и описать происходящие фазовые превращения.

6. В соответствии с вариантом задания для заданной температуры определить фазы, находящиеся в равновесии, их состав, процентную долю фаз (по правилу отрезков).

7. Изучить под микроскопом шлифы и определить тип структуры (твердый раствор; избыточные (первичные) кристаллы + эвтектика; одна эвтектика).

9. Составить отчет о работе.

4. Методические указания

Диаграмма состояния компонентов А и В представлена на рис. 14.

Компоненты: вещества А и В.

Характеристика диаграммы: оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии; компонент В ограниченно растворим в компоненте А в твердом состоянии, компонент А практически не растворим в компоненте В в твердом состоянии; компоненты образуют химическое соединение A_mB_n переменного состава (β-фазу).

Фазы: жидкость L, α-твердый раствор, промежуточная фаза β-твердый раствор на базе химического соединения А_mB_n., практически чистый компонент (В).

Точки: А′ – температура плавления и кристаллизации компонента А; В′ – температура плавления и кристаллизации компонента В; C′– температура плавления и кристаллизации химического соединения A_mB_n; Е₁ и Е₂ – точки эвтектик; D – точка предельной растворимости компонента В в А; F – точка предельной растворимости компонента А в A_mB_n; G – точка предельной растворимости компонента В в A_mB_n; S – точка предельной растворимости компонента В в А при комнатной

Рис. 14 Диаграмма состояния

температуре; R – точка предельной растворимости компонента A в A_mB_n в при комнатной температуре; Q – точка предельной растворимости компонента B в A_mB_n в при комнатной температуре

Линии: А′Е₁C′E₂В– ликвидус; АDE₁FC′GE₂KВ′ – солидус (отрезок КВ′ пересекает ось компонента В в точке В′); DS – линия сольвуса – линия предельной растворимости B в A; FR – линия сольвуса – линия предельной растворимости A в A_mB_n; GQ– линия сольвуса – линия предельной растворимости В в A_mB_n; DE₁F и GE₂K – линии эвтектических превращений.

Нонвариантные эвтектические превращения для данной системы:

• при эвтектической температуре t_E1 представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава (L_E1) с твердыми кристаллами α- и β-растворов L_E1 = α_D+ β_F;

• при эвтектической температуре t_E2 представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава (L_E2) с твердыми кристаллами β-раствора и практически чистым компонентом (В) L_E2 (В)+ β_F.

Структуры во всех областях диаграммы.

Жидкая фаза L располагается выше линии ликвидус. Твердый α-раствор перемыкает к ординате компонента А, на основе которого он образован. Твердый β-раствор (промежуточная фаза) расположен на базе химического соединения A_mB_n. Фаза (В) располагается чуть левее ординаты компонента В. Структуры промежуточных двухфазных областей диаграммы состоят из примыкающих к ним фаз (рис.15). Фазы, входящие в состав эвтектик показаны на эвтектических ординатах (см. рис. 15).

Рис. 15. Диаграмма состояния с указанием структур во всех областях и фаз, входящих в состав эвтектик

Фазовые превращения при охлаждении сплава N.

Из точки N восстановим перпендикуляр N–N. Точки пересечения с линиями диаграммы обозначим 1 и 2. (рис. 16, а).

1. До температуры точки 1 сплав находится в жидком состоянии (С=К+1–Ф =2(А, В)+1–1(L)=2). В точке 1 из жидкости начинают выделяться кристаллы β-твердого раствора (С=К+1–Ф =2(А, В)+1–1(L, β)=2). При понижении температуры от точки 1 до точки 2 меняется весовое количество жидкости и твердого раствора, изменяется и их концентрация – β-твердого раствора по кривой 1'–F, жидкости – по кривой 1-Е₁:. L_1-Е1 β_1′-F

а б

Рис. 16. Диаграмма состояния с ординатой сплава N (a) и кривая охлаждения (б)

2. При достижении эвтектической горизонтали DE₁F (точка 2) сплав будет состоять из кристаллов β состава точки F и жидкости эвтектического состава, определяемого точкой Е₁.

Жидкость эвтектического состава претерпевает эвтектическое превращение – из неё выделяются одновременно кристаллы двух твердых растворов:

L_E1 α_D+β_F

Реакция нонвариантная, так как при двух компонентах в реакции участвуют три фазы: жидкость, α-кристаллы, β-кристаллы (С=К+1–Ф=2(А, В)+1–3(L, α, β)=0). Сплав приобретает структуру, состоящую из первичных β-кристаллов и эвтектики (α+β).

3. При дальнейшем охлаждении из α-фазы выделяются избыточные кристаллы β_II- твердого раствора . α_D-S β_F-R.

Поскольку β-кристаллы свой состав не изменяют, вторичные кристаллы α_II выделяться не будут

При комнатной температуре β-кристаллы (первичные, вторичные и входящие в эвтектику) будет иметь состав, отвечающий составу точки R, а α-кристаллы (входящие в эвтектику) будет иметь состав, отвечающий составу точки S.

Окончательная микроструктура сплава N будет состоять из β+эвтектика(α+β)(вторичные β-кристаллы структурно не выделяются).