- •Материаловедение и технология конструкционных материалов
- •Часть 2
- •2.1. Понятие о диаграммах состояния
- •2.2. Сплавы с отсутствием растворимости в твердом состоянии (дс I типа)
- •2.2.1. Условия получения дс I типа
- •2.2.2. Вид дс и смысл линий
- •2.2.3. Области диаграммы состояния
- •2.2.4. Кристаллизация различных сплавов в системе
- •1) Сплавы, содержащие 0…13% Sb
- •2) Сплавы, содержащие больше 13% Sb
- •3) Сплав, содержащий 13% Sb
- •2.2.5 Структуры, получаемые в системе
- •2.2. Сплавы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии
- •2.2.1. Области диаграммы состояния
- •2.2.2. Кристаллизация сплавов в равновесных условиях
- •2.2.3. Кристаллизация сплавов в неравновесных (реальных) условиях
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Результаты работы
- •5. Охрана труда
- •Контрольные вопросы а. По системе с отсутствием растворимости в твердом состоянии (Pb-Sb)
- •В. По системе с неограниченной растворимостью (Cu-Ni)
- •2.1.5. Кристаллизация сплавов разных концентраций кремния
- •2.1.6.Структуры, получаемые в системе
- •2.1.7. Морфология вторичных кристаллов
- •2.1.8. Строение эвтектики
- •2.1.9. Влияние модифицирования на структуру силумина
- •2.2. Сплавы с ограниченной растворимостью и перитектическим превращением
- •2.1.2. Вид диаграммы состояния олово-сурьма и ее анализ
- •2.1.3. Характеристика диаграммы состояния
- •2.1.4. Области на диаграмме состояния
- •2.1.5. Смысл линий и характерные точки
- •2.1.6. Сущность перитектического превращения и его продукт
- •2.1.7. Кристаллизация разных сплавов в системе
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Охрана труда
- •Контрольные вопросы Список литературы
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева
Кафедра «Металловедение, термическая и пластическая
обработка металлов»
Материаловедение и технология конструкционных материалов
Часть 2
Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Материаловедение и ТКМ»
для студентов специальностей 150100, 130100, 140100
очной и очно-заочной форм обучения
Нижний Новгород 2011
Составители: Т.В. Комарова, М.Н. Чеэрова, Т.В. Нуждина
УДК 620. 18 (075.8)
Материаловедение и технология конструкционных материалов: метод. указания к лаб. работам для студентов специальностей 150100, 130100, 140100 очной и очно-заочной форм обучения / НГТУ им.Р.Е. Алексеева; сост.: Т.В. Комарова, М.Н. Гаврова, Т.В. Нуждина.
Нижний Новгород, 2011. - 23 с.
Приведены краткие сведения из теории рентгеноструктурного анализа, дано описание метода съемки рентгенограммы от поликристаллического образца и методика расшифровки полученной рентгенограммы с целью усвоения студентами теоретических положений и получения навыков в решении практических задач по исследованию поликристаллических образцов по методу Дебая-Шеррера.
Научный редактор В.А. Скуднов
Редактор Э.Б. Абросимова
Подп. к печ. 6.10.2011. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать
офсетная. Усл. печ. л. 3,0. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 200 экз. Заказ .
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
Нижегородский государственный технический университет им.Р.Е. Алексеева.
Типография НГТУ. 603950, Н-Новгород, ул. Минина, 24.
© Нижегородский государственный
технический университет им.Р.Е. Алексеева, 2011
Лабораторно-практическая работа № 3
Анализ фазовых превращений и структуры
двухкомпонентных сплавов
1. Цель работы
Цель работы: изучение фазовых превращений и микроструктуры двухкомпонентных сплавов, отличающихся в твердом состоянии:
1) отсутствием взаимной растворимости компонентов (диаграмма состояния I типа);
2) неограниченной их растворимостью (диаграмма состояния II типа).
2. Краткие сведения из теории
2.1. Понятие о диаграммах состояния
Диаграмма состояния (ДС) – графическое изображение связи между составом, температурой и структурой сплава в условиях равновесия (после медленного охлаждения).
Смысл линий ДС:
-
это геометрические места критических точек (температур начала или конца) фазовых превращений;
-
кроме того, каждая точка, будучи спроектирована на ось абсцисс, показывает предельную концентрацию компонентов в той фазе, область существования которой ограничивает данная линия (прилежит к ней);
-
линии на ДС выделяют области одинакового фазового состава.
Фаза – однородная часть неоднородной системы, имеющая поверхность раздела (например, вода – лед).
Система – совокупность элементов, связанных между собою. Вещества, образующие систему называются компонентами.
Правило фаз дает количественную зависимость между степенью свободы (с) системы, числом фаз (f) и компонентов (k), выражаемую следующим уравнением:
c = k – f + 2, (1)
где 2 – число внешних факторов равновесия (температура и давление).
Под числом степеней свободы (вариантностью) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление и концентрация), которое можно изменять без изменения фаз в системе.
Если число степеней свободы равно нулю (нонвариантная система), то нельзя изменять внешние и внутренние факторы системы (температуру, давление, концентрацию) без того, чтобы это не вызвало изменение числа фаз.
Если число степеней свободы равно единице (моновариантная система), то возможно изменение в некоторых пределах одного из перечисленных факторов, и это не вызовет уменьшения или увеличения числа фаз.
Независимыми переменными в уравнении правила фаз являются концентрация, температура и давление. Если принять, что все превращения в металле происходят при постоянном давлении, то число переменных уменьшится на единицу и уравнение (1) примет вид:
c = k – f + 1. (2)
Правило фаз и все связанные с ним выводы относятся только к равновесным условиям.
Конода – горизонталь, между двумя ближайшими линиями диаграммы состояния.
Нода – точка пересечения коноды с линией диаграммы состояния, определяющая состав фаз.
Фазовый состав сплава – фазы, находящиеся в нем при данной температуре.
Состав фаз – концентрация компонентов в фазах. Состав фаз определяют ноды, которые проецируют на ось концентраций.
Структура – форма, размеры, количество и характер расположения фаз.
Структурная составляющая – изолированная часть системы, имеющая единообразное строение. Структурные составляющие могут быть простые (часть фазы с характерным строением – первичные или вторичные кристаллы) и сложные (состоящие из двух и более фаз – эвтектика или эвтектоид).
Количество фаз (в дальнейшем – просто количество) – величина, показывающая, какую часть от площади шлифа (в процентах) занимает каждая фаза. Для определения количества фаз, находящихся в равновесии при данной температуре, рассматривают отрезки, на которые линия сплава делит коноду.
Правило отрезков (рычага): относительное количество фазы равно отношению противолежащего отрезка к длине всей коноды.
Правило отрезков позволяет определить только для определения количества фаз, для нахождения количества структурных составляющих пользуются условными приемами:
1) количество первичных кристаллов, как простой структурной составляющей находят в тот момент, когда они были фазой и образовались в максимальном количестве;
2) количество сложной структурной составляющей (эвтектики или эвтектоида) приравнивают к количеству той фазы, из которой она образовалась при температуре (в момент) превращения;
3) количество вторичных кристаллов находят как разницу между максимальной и минимальной растворимостью компонента в фазе, из которой они выделяются.
Твердый раствор – фаза, в которой один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды).