Курсовая работа по термодинамике / 6.Кристаллизация сплавов

I. Рассмотрим процессы фазовых превращений, проходящих при кристаллизации сплава , содержащего 8% (по массе) компонента В, остальное А.

1. До температуры охлаждается жидкий раствор состава (по массе) компонента В, остальное А.

2. При температуре жидкость становится насыщенной, и из неё начинают выделяться кристаллы . Кристаллы продолжают выделяться до температуры . Проводим дополнительную конноду . Состав жидкости изменяется по линии ликвидуса от точки до точки с концентрациями 8 и 23 % по массе компонента соответственно. Состав выделяющихся кристаллов изменяется по линии солидуса от точки до точки с концентрациями 0.5 и 6 % по массе компонента соответственно. Кристаллы выделяются по реакции:

3. При температуре жидкость и кристаллы принимают перитектический состав. При этом и кристаллы начинают взаимодействовать между собой, в результате чего начинают образовываться кристаллы . Реакция протекает до тех пор, пока не израсходуется вся жидкая фаза. В данную реакцию кристаллы вступают в избытке:

для полного расхода фаз

в нашем случае , следовательно в избытке

Выделение кристаллов происходит по реакции:

4. При охлаждении продуктов перитектической реакции, кристаллов и избыточных кристаллов , происходит полиморфное превращение высокотемпературной модификации в низкотемпературную модификацию . Проведём дополнительную конноду . Состав фазы изменяется по линии трансуса от точки до точки 3`, с концентрациями 6 и 1,5 % по массе компонента B, остальное А. Состав фазы изменятся по линии трансуса от точки до точки 3, с концентрациями 11 и 8 % по массе компонента В. Процесс протекает до температуры . Превращение протекает по следующей реакции:

5. В интервале температур охлаждается однофазный сплав , который не имеет фазовых превращений в данном интервале температур.

6. При температуре - твердый раствор становится насыщенным и при дальнейшем охлаждении до комнатной температуры, вследствие уменьшения растворимости в твёрдом состоянии. Проводим конноду . Состав фазы изменяется по линии сольвуса от точки 4 до точки на оси концентраций , с концентрациями 8 и 2 % по массе компонента В соответственно. Из выделяются вторичные кристаллы по реакции:

6.1. Фазы: , .

6.2. Количества фаз:

7.1. Структурные составляющие:

7.2. Количества структурных составляющих:

II. Рассмотрим фазовые превращения в сплаве , содержащем 20% по массе компонента В, остальное А, при его охлаждении до комнатной температуры.

1. До температуры идёт охлаждение жидкого раствора состава (по массе) компонента В, остальное А.

2. При температуре жидкость насыщается и из неё начинают выделяться кристаллы . Кристаллы выделяются до температуры . Проводим дополнительную конноду: . Состав жидкости изменяется по линии ликвидуса от точки до точки с концентрациями 20 и 23 % по массе компонента соответственно. Состав выделяющихся кристаллов изменяется по линии солидуса от точки до точки с концентрациями 3,5 и 6 % по массе компонента соответственно. Выделение первичных кристаллов проходит по реакции:

3. При температуре жидкость и кристаллы принимают перитектический состав. В результате их взаимодействия начинают образовываться кристаллы . Реакция протекает до тех пор, пока не израсходуется вся фаза. В данную реакцию жидкая фаза вступает в избытке:

для полного расхода фаз

в нашем случае , следовательно в избытке

Выделение кристаллов происходит по реакции:

4. После перитектической реакции из избыточной жидкости идёт выделение кристаллов . Данное превращение проходит в интервале температур . При этом состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидуса от 23 до 59 % по массе компонента В, а состав фазы изменяется по линии солидуса от 11 до 17 % по массе компонента В. Реакция имеет следующий вид:

5. При температуре и принимают перитектический состав. В ходе данной реакции происходит выделение кристаллов . Эта реакция проходит с избытком фазы :

для полного расхода

в нашем случае , следовательно в избытке

Реакция имеет следующий вид:

6. После завершения перитектической реакции от и до комнатной температуры из избыточных кристаллов будет идти выделение вторичных кристаллов , так как растворимость компонента В в компоненте А уменьшается при охлаждении. Состав фазы будет менятся по линии сольвуса от 17 до 2 % по массе компонента В.

7.1. Фазы: , .

7.2. Количества фаз:

8.1.Структура:

8.2. Количества структурных составляющих.

Рассчитаем количества структурных составляющих, исходя из того, что масса данного сплава равна 10 килограммам:

кг

кг

кг

III. Рассмотрим фазовые превращения при охлаждении сплава , содержащего 56% по массе компонента В, остальное А.

1. До температуры охлаждается однофазный жидкий раствор состава (по массе) компонента В, остальное А.

2. При температуре жидкость насыщается и из неё начинают выделяться кристаллы . Кристаллы выделяются до температуры . Проведём дополнительную конноду: . Состав жидкости изменяется по линии ликвидуса от точки 8 до точки , с концентрациями 56 и 59 % по массе компонента соответственно. Состав выделяющихся кристаллов изменяется по линии солидуса от точки 8` до точки , с концентрациями 15 и 17 % по массе компонента соответственно. Первичные кристаллы выделяются по реакции:

3. При температуре фаза и жидкость принимают перитектический состав. При протекании данной реакции происходит выделение кристаллов . Эта реакция проходит с избытком жидкой фазы :

для полного расхода

в нашем случае , следовательно жидкая фаза в избытке.

Реакция имеет следующий вид:

4. После завершения перитектической реакции, при температуре из избыточной жидкой фазы начинают выделяться кристаллы . Кристаллы выделяются вплоть до температуры . Состав жидкости изменяется по линии ликвидуса от 59 и 68 % по массе компонента соответственно. Состав выделяющихся кристаллов постоянен (28 % по массе компонента ). Кристаллы выделяются по реакции:

5. При достижении жидкость принимает перитектический состав и вступает в реакцию с кристаллами . В ходе данной реакции выделяются кристаллы . Данная реакция протекает с избытком жидкости:

для полного расхода фаз

в данной реакции , следовательно жидкая фаза в избытке.

Выделение кристаллов происходит по реакции:

6. После завершения перитектической реакции идёт выделение кристаллов из избыточной жидкости. Проведем дополнительную конноду 11-11`. Состав жидкой фазы меняется по линии ликвидуса от точки до точки 11` с концентрациями 68 и 75 % по массе В соответственно. Состав кристаллов меняется по линии солидуса от точки до точки 11 с концентрациями 54 и 56% по массе компонента В .Процесс завершается при :

7. При дальнейшем понижении температуры от до комнатной температуры идёт охлаждения однофазного твердого раствора . В этом интервале температур сплав фазовых превращений не имеет.

8.1. Фазы:

8.2. Количества фаз:

Так как раствор однофазный, то количество фазы равно 1

9.1. Структура:

9.2. Количества структурных составляющих:

Раствор однофазный, поэтому количество единственной структурной составляющей равно 1.