Экспериментальная часть работы

В данной лабораторной работе предлагается построить и ис­следовать диаграмму состояния сплавов системы «олово-цинк». Эти металлы практически нерастворимы друг в друге в твердом состоя­нии, не образуют химических соединений и неограниченно раство­римы в жидком состоянии.

Для термического анализа рекомендуется использовать сплавы олова с 4, 8, 30 и 80% цинка. Группа студентов разбивается на 4 подгруппы, каждая из которых ведет работу с одним из указанных сплавов.

Построение кривых охлаждения сплавов и определение темпе­ратур кристаллизации производится в следующей последователь­ности:

1. Взвешивают олово и цинк в пропорциях, соответствующих заданному сплаву. Общий вес каждого сплава равен 100 г.

2. В шамотно-графитовый тигель на дно помещают навеску цинка, а сверху - олово, т.к.  оно легче плавится, засыпают поверхность металла небольшим слоем толченого древесного угля (для предохранения от окисления) и помещают тигель в предвари­тельно нагретую шахтную печь. Через отверстие в крышке печи в тигель погружают термопару, подключенную к электронному пирометру.

3. Тигель выдерживают в печи до полного расплавления металлов, что контролируют по показаниям измерительного прибора. Более тугоплавкий цинк плавится при 419 С. Не допускается наг­рев выше 500 С.

4. Тигель с расплавом извлекают из печи и устанавливают в песчаную ванночку; расплавленный металл тщательно перемешивают специальной мешалкой и опускают в него горячий спай термопары. Термопару закрепляют на штативе таким образом, чтобы горячий спай не касался стенок и дна тигля.

5. Записывают показания температуры через каждые 20 с. Запись температуры начинают при 400°С, а заканчивают на отметке 100 - 150°С.

6. После окончания замеров температуры тигель с затвердев­шим металлом и термопарой переносят в печь и нагревают до расплавления сплава. Затем термопару вынимают и закрепляют в шта­тиве, а тигель с металлом помещают в песочную ванночку.

7. По полученным данным строят кривые охлаждения сплавов в координатах «температура - время». По перегибам и горизонталь­ным площадкам на кривой охлаждения определяют температуры нача­ла и конца кристаллизации. Полученные результаты показывают для проверки преподавателю.

8. Охлажденный слиток используют для приготовления микро­шлифа.

9. Результаты кривых охлаждения для всех четырех сплавов сводят в таблицу. Температуры кристаллизации чистых металлов берут из справочной литературы.

Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк»

Диаграмма состояния сплавов представляет собой графическое изображение фазового и структурного состава любого сплава дан­ной системы в зависимости от температуры и концентрации. Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют компоненты друг с другом в твердом и жидком состояниях.

Таблица 4. I

Результаты термического анализа

Химический состав сплава		Температура начала кристаллизации, 0С	Температура конца кристаллизации, °С
Содерж. олова, %	Содерж. цинка, %
100	0	232	232
96	4
92	8
70	30
20	80
0	100	419	419

Для построения диаграммы необходимо:

1. Провести оси координат

2. На оси абсцисс отметить точки, соответствующие иссле­дованным сплавам, т. е. сплавам с 4, 8, 30, 80% цинка и в каждой из этих точек восстановить перпендикуляр, т. е. провести линии сплавов (рис.3.3, б)

3. На каждой линии отметить точками температуры начала и конца кристаллизации, полученные экспериментально. Так как ли­нии чистых металлов олова и цинка являются ординатами (левая - олово, правая - цинк), то на этих ординатах отметить точка­ми температуры кристаллизации олова и цинка (рис. 3.3, в).

4. Соединить линией точки, характеризующие конец кристал­лизации сплавов; т.к.  все эти точки соответствуют одной тем­пературе, то линия будет горизонтальной; продолжить эту линию до правой и левой ординат. Соединить плавными линиями точки, характеризующие начало кристаллизации сплавов; продолжить их до точек кристаллизации чистых металлов (олово - 232°С, цинк -419° С, рис. 3.3, г).

5. Обозначить полученные линии буквами и охарактеризовать их. Указать фазовый и структурный состав всех областей диаграм­мы. Линия АСВ, соединяющая точки начала кристаллизации, называ­ется линией ликвидус. Выше этой линии все сплавы олова и цинка находятся в жидком состоянии.

Линия ДСЕ характеризует конец затвердевания сплавов и на­зывается линией солидус. Ниже ее все сплавы находятся в твердом состоянии. Между линиями ликвидус и солидус одновременно сосуществуют жидкая и твердая фазы (Ж + Sn и Ж + Zn).

6. Для правильного определения фазового и структурного состава всех областей диаграммы необходимо воспользоваться микроскопическим методом исследования сплавов, т. е. просмотреть под микроскопом приготовленные шлифы (при увеличении х 100 или х 200), а также изучить процесс формирования микроструктур при кристаллизации.