Задание

1. Ознакомиться с вышерассмотренными типами диаграмм состояния двухкомпонентных систем.

2. Освоить методику построения кривых охлаждения; расчет объемного содержания жидкой и твердой фаз и их химического сос­тава в интервалетемператур, лежащем между линиями ликвидус и солидус.

3. Вычертить диаграммы состояния, представленные на рис. 6.6, 6.7, 6.8 и 6.9.

Для каждой диаграммы:

а) указать линии ликвидус и солидус;

б) указать фазы, образующиеся во всех частях диаграммы;

в) построить кривые охлаждения для концентраций, указанных преподавателем;

г) рассчитать объем жидкой и твердой фазы и их химический состав для точек (температур), указанных преподавателем.

4. Написать отчет по работе в соответствии с пунктами 1-3 задания

Рисунок 5.6 – Диаграмма состояния Рисунок 5.7 - Диаграмма состояния системы Вi - SЬ системы Sn - Zn

Рисунок 5.8 – Диаграмма состояния Рисунок 5.9 - Диаграмма состояния системы РЬ - Zn системы Мg - Са

Контрольные вопросы

1. Что понимают под сплавом, компонентом, фазой, микро- и макроструктурой?

2. Что называется твердым раствором? Виды твердых растворов.

3. Что представляет собой химическое соединение. Чем они отличаются от твердых растворов?

4. Из чего могут состоять механические смеси? Виды механической смеси.

5. Что представляет собой диаграмма состояния? В каких координатах она

строится? Что она показывает?

6. От чего зависит тип (вид) диаграммы состояния?

7. Что определяет правило фаз? Что понимают под степенью свободы системы?

8. Что называют линией ликвидус и солидус?

9. Что такое кривые охлаждения?

10. Как рассчитать объем жидкой и твердой фаз и их химический состав для температур, расположенных между линиями ликвидус и солидус?

11. Как изменяются свойства твердых растворов с увеличением концентрации растворенного компонента?

12. Как изменяются свойства сплавов при образовании химических соединений?

13. Каковы закономерности изменения свойств сплавов при изменении концентрации компонентов для различных типов диаграмм состояния (правила Курнакова)?

14. Что означает ограниченная и неограниченная растворимость?

Лабораторная работа 6

Построение диаграммы состояния рь-sь

МЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Цель работы

1. Ознакомиться с термическим методом построения диаграммы фа­зового равновесия двухкомпонентной системы.

2. Построить диаграмму состояния РЬ-SЬ.

Приборы, материалы и инструмент

1. Тигельные печи.

2. Термометры.

3. Металлы: свинец, сурьма и сплавы РЬ-SЬ с 5, 10, 13, 20, 40 и 80% SЬ.

4. Секундомер.

5. Мерительная линейка.

Краткие теоретические сведения

Термический анализ построен на фиксации тепловых эффектов превращений: переход из одного агрегатного состояния в другое, фазовое и полиморфное превращения происходят с выделением тепла при охлаждении и поглощением тепла при нагревании металлов и сплавов.

Вначале сплав заданного химического состава переводят в жидкое состояние (расплавляют в электропечи), а затем тигель с расплавом переносят на установку, вводят в защитный чехол горячий спай термопары и подвергают медленному охлаждению. Во время охлаждения расплава периодически через равные промежутки времени замерять температуру. На основании полученных результатов строят термические кривые (кривые охлаждения) в координатах температура (ось ординат) - время (ось абсцисс). Тепловые эффекты фазовых превращений с течением времени отражаются на монотонности хода кривой охлаждения: на кривой появляется либо перегиб (точка перегиба), либо температурная остановка в охлаждении (горизонтальная площадка).

Спроецировав точки перегибов и температурных остановок на ось ординат, определяют температуры начала и конца всех фазовых превращений, которые происходят в исследуемом сплаве.

Компоненты сплава РЬ-SЬ:

Свине́ц (РЬ) – химический элемент 14-й группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Свинец – ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.

Температура плавления:327,5 °C.

Атомный номер:82.

Сурьма́ (SЬ) – химический элемент 15-й группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Сурьма — полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения.

Температура плавления: 630,8 °C.

Атомный номер: 51.

Определение температур кристаллизации РЬ, SЬ и сплавов РЬ-SЬ. Температуру кристаллизации металлов и сплавов определяют на ус­тановке, схема которой изображена на рис. 6.1.

Рисунок 6.1 – Схема установки для определения температур кристаллизации металлов и сплавов

Последовательность определения температуры кристаллизации:

1. Подготовленное количество (150-200 г) чистого металла или сплава определенного состава помещают в тигель 1 (рис. 6.1), установленный в тигельную электропечь 2,

2. Включают печи и расплавляют в тигеле металл или сплав.

3. Закрывают тигель крышкой 3: через отверстие крышки в расплавленный металл (сплав) помещают термометр 4.

4. Печи выключают и через каждые 20 с записывают показания термометра 4; запись прекращают через 15 мин после полного затвердевания металла (сплава).

5. По полученным критическим точкам для металла и каждого сплава строят кривую охлаждения в координатах "температура - время охлаждения".

6. На построенных кривых охлаждения определяют температуру кристаллизации, которая соответствует горизонтальному участку кривой (для чистых металлов и сплава эвтектического состава) или точкам перегиба кривой (для всех сплавов, кроме эвтектического). В последнем случае определяют две температуры начала и конца затвердевания.

Методика построения диаграммы состояния сплавов РЬ-SЬ. Для построения диаграммы необходимо (рис. 6.2):

1. Начертить сетку в координатах "Температура - химический сос­тав".

2. На оси абсцисс отметить точки, соответствующие исследуемым сплавам с 5, 10, 13, 20, 40 и 80 % SЬ, и в каждой из этих точек восстановить перпендикуляр к оси абсцисс (провести линии сплавов).

3. На каждой линии сплавов отметить точками температуры начала и конца кристаллиза­ции, полученные экспериментально. На осях ординат отметить точ­ками температуру плавления чистых металлов (РЬ, SЬ) (рис. 6.2).

4. Соединить плавными линиями точки, характеризующие начало кристаллизации сплавов; продлить их до точек кристаллизации чис­тых металлов. Соединить прямой линией точки, характеризующие конец крис­таллизации сплавов; продлить ее до правой и левой ординат.

Рисунок 6.2 – Построение диаграммы РЬ-SЬ