Термодинамические расчеты и анализ фазовых диаграмм многокомпонентных систем. Учебное пособие
.pdf
а
б
Рис. 6.3. Политермический разрез системы Al–8Si–3Cu–0,4Mg–Fe–Ti (Fe/Ti = 4/1) (а) и кривая Sheil сплава Al–8Si–3Cu–0,4Mg–0,4Fe–0,1Ti (б)
31
По результатам полученных расчетов можно выбрать режимы не- обходимой термической обработки для устранения последствий не- равновесной кристаллизации (растворения избыточных фаз).
Д16. Сплав Д16 является термически упрочняемым, поэтому он ис- пользуется в закаленном и состаренном состоянии. Фазовый состав сплава можно проанализировать по диаграмме состояния Al–Cu–Mg, которая достаточно хорошо изучена. Однако для анализа влияния примесей и малых добавок необходимо воспользоваться более слож-
ной системой Al–Cu–Mg–Mn–Fe–Si.
Политермический разрез системы Al–4,3Cu–1,5Mg–0,6Mn–Si–Fe при переменных концентрациях железа и кремния (Fe/Si = 1/1) пред- ставлен на рис. 6,4, а.
а
32
б
Рис. 6.4. Политермический разрез системы Al–4,3Cu–1,5Mg–0,6Mn–Si–Fe (Fe/Si = 1/1) (а) и кривая Sheil сплава Al–4,3Cu–1,5Mg–0,6Mn–0,3Si–0,3Fe (б)
Как видно из рассчитанного разреза, в твердом состоянии (при температуре ниже солидуса) в зависимости от концентрации примесей в равновесии с FCC_A1 ((Al)) могут присутствовать фазы AL7CU2FE (Al7Cu2Fe), ALPHA (Al15(Fe,Mn)3Si2), AL20CU2MN3 (Al20Cu2Mn3) и MG2SI (Mg2Si), последняя образуется при содержании Fe и Si более
0,3 %.
Как показывает расчет неравновесной кристаллизации в литом со-
стоянии в сплаве Al–4,3Cu–1,5Mg–0,6Mn–0,3Si–0,3Fe (рис. 6.4, б) присутствуют фазы: FCC_A1 ((Al)), AL7CU2FE (Al7Cu2Fe), MG2SI (Mg2Si), AL2CU (Al2Cu) и S_AL2CUMG (Al2CuMg).
По результатам полученных расчетов можно выбрать режимы не- обходимой термической обработки для устранения последствий не- равновесной кристаллизации (растворения избыточных фаз).
33
7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Название курсовой работы: «Расчет многокомпонентных диа- грамм состояния с использованием программы Thermo-Calc».
Курсовая работа направлена на освоение и применение програм- мы Thermo-Calc для расчета многокомпонентных диаграмм состоя- ния. Курсовая работа должна содержать расчеты изотермических и политермических разрезов, фазового состава (количества фаз) и со- става фаз при заданной температуре и неравновесной кристаллиза- ции (Sheil) для четверных систем на основе Al, представленных в табл. 7.1. Представленные системы являются базовыми для различ- ных групп промышленных сплавов на основе Al. Расчеты для чет- верной системы (Al–X–Y–Z) необходимо проводить при постоянной концентрации одного из элементов (задается преподавателем) и пе- ременной остальных.
Таблица 7.1
|
Варианты заданий |
|
|
№ варианта |
Система (Al–X–Y–Z) |
1 |
Al–Si–Cu–Mg |
2 |
Al–Si–Cu–Mn |
3 |
Al–Si–Mg–Mg |
4 |
Al–Si–Cu–Fe |
5 |
Al–Si–Fe–Mg |
6 |
Al–Si–Fe–Ni |
7 |
Al–Si–Cu–Ni |
8 |
Al–Cu–Mn–Ti |
9 |
Al–Mg–Mn–Ti |
10 |
Al–Cu–Mn–Fe |
11 |
Al–Mg–Mn–Fe |
12 |
Al–Cu–Fe–Ni |
13 |
Al–Mg–Fe–Ni |
14 |
Al–Zn–Mg–Cu |
15 |
Al–Zn–Mg–Mn |
16 |
Al–Zn–Mn–Cu |
17 |
Al–Zn–Mg–Fe |
18 |
Al–Zn–Fe–Cu |
19 |
Al–Zn–Mg–Si |
20 |
Al–Zn–Si–Cu |
34
Структура курсовой работы
1. Введение
Введение должно содержать краткое описание программы ThermoCalc и ее возможностей и цель работы.
2.Расчет изотермических разрезов
Вданной части работы представляются расчеты изотермических разрезов при температурах от Tкомн до максимальной температуры лик-
видуса в системе с шагом в 100 °С (20 °С, 100 °С, 200 °С,……Tлик) при постоянной концентрации элемента Х и переменной концентрации Y
иZ от 0 до 10 %. В отчете необходимо привести все рассчитанные разрезы, проанализировать и описать их. Описание включает анализ фазовых равновесий и влияние температуры на фазовый состав спла- вов данной системы.
3.Расчет политермических разрезов
Вданной части работы представляются расчеты политермических разрезов (нелучевых и лучевых).
Расчеты политермических разрезов (нелучевых) необходимо про- вести при постоянной концентрации элемента Х. Концентрацию Y изменяется от 0 до 10 % с шагом в 2 %. Полиетрмические разрезы строятся при переменной Z от 0 до 10 %. Затем провести аналогич- ный расчет при постоянных Х и Z и переменной концентрации Y.
Расчеты политермических разрезов (лучевых) необходимо про- вести при постоянной концентрации элемента Х и переменных кон- центрациях Y и Z в соотношениях Y/Z, равных 1/4, 1/3, 1/2, 1/1, 2/1, 3/1, 4/1.
Вотчете необходимо привести все рассчитанные разрезы, проанали- зировать и описать их. Описание включает: анализ фазовых равновесий
ивлияние температуры на фазовый состав сплавов данной системы.
4. Расчет неравновесной кристаллизации
Необходимо провести расчет неравновесной кристаллизации
(Sheil) для сплавов системы Al–хX–(0…10)Y–(0…10)Z при перемен-
ной концентрации Y и Z с шагом в 2 %. В отчете необходимо при- вести все рассчитанные зависимости, определить по ним температу- ры ликвидуса, равновесного и неравновесного солидуса (табл. 7.2). Проанализировать влияние состава сплава на фазовый состав при неравновесной кристаллизации.
35
Таблица 7.2
Температуры ликвидуса, равновесного и неравновесного солидуса сплавов системы Al–X–Y–Z
Состав сплава |
Тлик |
Тсол |
Тнер.сол |
Al–хX |
|
|
|
Al–хX–2Y–0Z |
|
|
|
Al–хX–2Y–2Z |
|
|
|
.................... |
|
|
|
5. Расчет фазового состава и состава фаз
Необходимо провести расчет фазового состава и состава алюми- ниевого твердого раствора для сплавов системы Al-хX–(0…10)Y– (0…10)Z при температуре гомогенизации (на 10…15 °С ниже темпе- ратуры солидуса Tсол) при переменной концентрации Y и Z с шагом в 2 %. Расчет необходимо представить в табл. 7.3 и 7.4. Проанализиро- вать влияние состава сплава на фазовый состав и состав алюминие- вого твердого раствора при температуре гомогенизации.
Таблица 7.3
Расчет фазового состава сплавов системы Al–X–Y–Z при температуре гомогенизации (закалки)
Состав сплава |
|
Tгом |
|
|
Массовая доля фаз, % |
|
|
|
||||
|
(Al) |
Фаза 1 |
Фаза 2 |
Фаза 3 |
|
|
Фаза N |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
Al–хX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Al–хX–2Y–0Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Al–хX–2Y–2Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.4 |
||
Расчет состава алюминиевого твердого раствора (Al) в сплавах системы |
||||||||||||
Al–X–Y–Z при температуре гомогенизации (закалки) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав сплава |
|
Tгом |
|
|
|
Состав (Al) |
|
|
|
|||
|
|
Al |
|
X |
|
Y |
|
|
Z |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Al–хX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Al–хX–2Y–0Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Al–хX–2Y–2Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36
Учебное издание
Поздняков Андрей Владимирович Чеверикин Владимир Викторович
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ И АНАЛИЗ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ
Учебное пособие
Редактор О.В. Иванова
Компьютерная верстка М.А. Шамариной
Подписано в печать 10.10.12 |
Бумага офсетная |
|
Формат 60 × 90 1/16 |
Печать офсетная |
Уч.-изд. л. 2,31 |
Рег. № 358 |
Тираж 50 экз. |
Заказ 3717 |
|
|
|
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Издательский Дом МИСиС, 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. (495) 638-45-22
Отпечатано в типографии Издательского Дома МИСиС 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Тел. (499) 236-76-17, тел./факс (499) 236-76-35
37