3.3 Порядок и методика выполнения работы

3.3.1 Студенты изучают под микроскопом и зарисовывают структуры стали после ХПД в порядке возрастания степени деформации.

3.3.2 Студенты изучают под микроскопом и зарисовывают структуры холоднодеформированной стали после нагрева до различных температур, соответствующих характерным стадиям процессов возврата и рекристаллизации.

3.3.3 Студенты определяют величину зерна холоднодеформированного на разные степени алюминия после рекристаллизации путем подсчета числа зерен в 1 см². Результаты измерений и расчетов представляют в виде табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Результаты определения величины зерна холоднодеформированного алюминия после рекристаллизации

Степень деформации, %	Число зерен в 1 см²		Средняя площадь зерна, мм²	Средний диаметр зерна, мм
	Целых	Половинок

Средняя площадь зерна:

(3.1)

где a – число целых зерен на площади F;

b – число половинок;

d_ср – средний диаметр зерен.

(3.2)

По полученным результатам строится график зависимости величины зерна от степени деформации и определяется критическая степень деформации.

3.4 Содержание отчета

• Наименование и цель работы.

• Краткие теоретические сведения.

• Рисунки микроструктур с кратким пояснением.

• Таблицы результатов измерений.

• Расчеты величины зерен.

• График зависимости величины зерна от степени деформации.

• Выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое пластическая деформация?

2. В чем причина наклепа металлов и сплавов при ХПД?

3. Почему структура деформированного металла термодинамически неустойчива?

4. Какие изменения структуры вызывает ХПД?

5. Как изменяются свойства металла при ХПД?

6. Что такое возврат и рекристаллизация?

7. В чем сущность процессов при отдыхе, полигонизации, первичной, собирательной и вторичной рекристаллизации?

8. Как влияют на механические свойства процессы возврата и рекристаллизации?

9. Какова температура рекристаллизации чистых металлов и сплавов?

10. Что такое критическая степень деформации при рекристаллизации?

Лабораторная работа №4 построение диаграммы состояния Sn - Zn термическим методом

4.1 Цель работы: научиться экспериментально с помощью термического анализа определять температуры кристаллизации и по экспериментальным данным строить диаграммы состояния сплавов.

4.2 Описание термического анализа

Изменения состояния металлов и сплавов, в том числе и фазовые превращения, процессы кристаллизации и плавления, сопровождаются изменением энтальпии (теплосодержания), а следовательно тепловым эффектами – выделением или поглощением тепла. Регистрация этих эффектов может быть осуществлена различными физическими методами, наибольшее распространение среди которых получил термический анализ. Он основан на измерении температуры нагреваемого или охлаждаемого металла или сплава, фиксируемой в функции времени.

Плавление и затвердевание относятся к числу фазовых превращений I рода и поэтому сопровождаются резким изменением энтальпии и, поэтому значительными тепловыми эффектами. Например, теплота кристаллизации железа составляет 272 кДж/кг, меди – 180 кДж/кг, алюминия –394 кДж/кг.

В условиях равномерного нагрева или охлаждения, когда изменение температуры тела пропорционально времени, изменение энтальпии, вызванное указанными превращениями, сопровождается нарушением этой пропорциональности t от τ. Поэтому о фазовых превращениях судят по точкам перегиба или горизонтальным площадкам на кривых нагрева (охлаждения). На рис. 4.1 приведены примеры кривых охлаждения для чистого металла А и сплавов системы А-В (I, II, III). Для кривых охлаждения чистых металлов и инвариантных превращений (в данной системе - эвтектического) характерно появление горизонтальных площадок, обусловленных интенсивным выделением скрытой теплоты этих превращений, что компенсирует непрерывное снижение температуры. Начало кристаллизации сплавов, доэвтектических или заэвтектических, выражено менее отчетливо, что соответствует точке перегиба на кривой охлаждения (рис. 4.1, кривая II). Построив по экспериментальным данным кривые охлаждения сплавов различных составов системы можно определить критические температуры начала и завершения процесса кристаллизации, других фазовых превращений. По полученным значениям температур можно построить диаграмму состояния выбранной системы.

Для этого необходимо сделать навески сплавов одной системы, но различных составов, а также чистых металлов весом не менее 150 – 200г каждая. Чем больше подобрано составов, тем точнее удается построить диаграмму. Каждую навеску сплава 5 помещают в фарфоровый или кварцевый тигель 3, который помещают в электропечь I (рис. 4.2). Сплав расплавляют, нагревая несколько выше точки плавления. После полного расплавления жидкий сплав перемешивают фарфоровой или графитовой палочкой и устанавливают в него термопару 6, защищенную чехлом, или кварцевой трубочкой 4. Термопару подключают к милливольтметру 8. После этого тигель закрывают асбестом 7 и печь выключают для охлаждения сплава. С момента начала охлаждения записывают показания милливольтметра через каждые 30 – 60 с вплоть до завершения процесса кристаллизации и охлаждения в течение 2 – 3 мин уже полностью затвердевшего сплава. Результаты записи оформляют графически в виде кривых в координатах температура-время. По кривым охлаждения определяют характерные точки начала и конца кристаллизации.