FM_MMMFP (1) / Янченко / Практика4

Анализ фазовой структуры диаграммы состояния трехкомпонентной системы Bi – Pb – Sn.

1.На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трех компонентной системы определите фигуративные точки сплавов следую­щей концентрации:

а) Bi – 10%, Pb – 90%, Sn – 0% (точка A); б) Bi – 20%, Pb – 45%, Sn – 35% (точка B).

2.На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трех­компонентной системы изобразите: а) совокупность сплавов, имеющих постоянную концентрацию того или иного компонента, б)совокупность сплавов, характеризующихся постоянным соотношением компонентов:

а) Pb – 45% (линия h);

б) Bi : Sn = 1 : 2 (линия m).

Рисунок 2.1 -

3. Дадим определение поверхности солидуса, поверхности ликвидуса и поверхности начала кристаллизации двойных эвтектик.

Поверхность солидуса – это геометрическое место фигуративных точек твёрдых растворов предельной концентрации. Поверхность ликвидуса – это геометрическое место фигуративных точек жидких растворов предельной концентрации. Поверхности начала кристаллизации двойных эвтектик (линейчатые поверхности) – это поверхности, связанные с выделением двойной эвтектики. Над этими поверхностями сплавы двухфазны (сплав и один твёрдый компонент), а под ними трёхфазны (расплав и два твёрдых компонента). Особенностью таких поверхностей является то, что любое изотермическое сечение диаграммы пересекает поверхности двойных эвтектик по прямым линиям – коннодам, соединяющим фигуративные точки фаз, находящихся в равновесии при данной температуре – одной жидкой (точки лежат на линиях двойных эвтектик) и двух твёрдых (точки лежат на вертикальных линиях компонентов системы). В системе Bi-Pb-Sn имеются шесть поверхностей начала кристаллизации двойных эвтектик.

На концентрационном треугольнике проекции этих поверхностей изображаются в виде треугольников АЕВ, ВЕС, АЕС.

4. Сплав состава Bi – 20%, Pb – 60%, Sn – 20% при охлаждении из жидкого состояния начнет кристаллизоваться при температуре 197 ^оС (точка С на рис.2.2).

5. Первые кристаллики, выпадающие при кристаллизации данного сплава (Bi – 20%, Pb – 60%, Sn – 20%), будут представлять собой чистый Pb, так как сплав находится в области, где первым кристаллизуется именно Pb. При дальнейшем охлаждении данного состава количество жидкой фазы будет уменьшатся по кривой CHE и при температуре 96 ^оС полностью исчезнет.

6. Количество твердой фазы, которое выделится из 5 кг рассматриваемого сплава при охлаждении до температуры 425 К (152 ^оС, точка D на рис. 2.2) можно определить по правилу рычага, обозначив PbC как m_ж , а CD как m_тв:

.

Второе уравнение системы получим из условия:

Решим полученную систему и найдем искомую величину:

.

7. Второй компонент из сплава данного состава начнет выделяться при температуре  140 ^оС. Это будет компонент Sn. Состав жидкой фазы будет изменяться по линии кристаллизации двойной эвтектики (линия HE ).

Рисунок 2. 2 -

8.Кристаллизация жидкой фазы рассматриваемого сплава закончится при температуре эвтектики (96 ^оС). При этом будет протекать такое фазовое превращение: L  Bi + Pb + Sn. Состав последней капли расплава будет также соответствовать составу эвтектики (точка E на диаграмме): Bi – 51 %, Pb – 30 %, Sn – 19 %.

9.Для определения числа условных термодинамических степеней свободы рассматриваемой системы при различных температурах воспользуемся правилом фаз Гиббса: С = K – Ф + 1, где: С – искомое число условных термодинамических степеней свободы; К – число компонентов, образующих систему; Ф – число фаз, находящихся в равновесии при данных условиях.

При 400 К (127 ^оС): К = 3, Ф = 2, С = 2. При 370 К (97 ^оС): К = 3, Ф = 3, С = 1. При 96 ^оС (температура точки Е): К = 3, Ф = 4, С = 0.

10.Политермический разрез системы с постоянным содержанием компонента Pb – 45 % представлен на рисунке 2.3.

11.Кривые охлаждения приведены для двух сплавов (I и II) показаны в одной системе рисунков вместе с политермическим разрезом.

12.В шлифах сплавов, фигуративные точки которых близки к точке эвтектики, на фоне почти однородной структуры, состоящей из зерен эвтектического сплава (при рассматривании в светлом поле микроскопа они будут выглядеть серым фоном), видны кристаллики первого выделившегося вещества (как правило более светлые). В шлифах сплавов, фигуративные точки которых близки к точкам чистых компонентов, будут наблюдаться крупные светлые кристаллики чистого компонента, а по их границам образовывается сетка из сплава состава эвтектики.

13. На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы изобразили проекцию эвтектической диаграммы с твердыми растворами при температуре эвтектики.

Проекция эвтектической диаграммы с твердыми растворами

При температуре эвтектики в равновесии находятся фазы:

,

Где , ,  – твёрдые растворы на основе компонентов Bi, Pb, Sn.

Рисунок 2.3