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.