ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ
МЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Цель работы
1. Ознакомиться с термическим методом построения диаграммы фазового равновесия двухкомпонентной системы.
2. Построить диаграмму состояния двухкомпонентной системы.
Приборы, материалы и инструмент
1. Тигельные печи.
2. Термометры.
3. Металлы, например, свинец и сурьма или цинк и олово, а также сплавы Рb-Sb или Zn-Sn с различным содержанием компонентов.
4. Секундомер.
5. Мерительная линейка.
Краткие теоретические сведения
Термический анализ основан на фиксации тепловых эффектов превращений, т. к. переход из одного агрегатного состояния в другое, а также полиморфные превращения происходят с выделением тепла при охлаждении и поглощением тепла при нагревании металлов и сплавов.
Вначале сплав заданного химического состава переводят в жидкое состояние (расплавляют в электропечи), а затем тигель с расплавом переносят на установку, вводят в защитный чехол термометр или горячий спай термопары и подвергают медленному охлаждению. Во время охлаждения расплава периодически (через равные промежутки времени) замеряют температуру. На основании полученных результатов строят термические кривые (кривые охлаждения) в координатах «температура (ось ординат) – время (ось абсцисс)». Тепловые эффекты фазовых превращений с течением времени отражаются на монотонности хода кривой охлаждения: на кривой появляется либо перегиб (точка перегиба), либо температурная остановка в охлаждении (горизонтальная площадка).
|
|
Спроецировав точки перегибов и температурных остановок на ось ординат, определяют температуры начала и конца всех фазовых превращений, которые происходят в исследуемом сплаве.
Рассмотрим построение диаграммы на примере сплава Рb-Sb:
Свине́ц (Рb) – химический элемент 14-й группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Свинец – ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.
Температура плавления: 327,5 °C; атомный номер: 82.
Сурьма́ (Sb) – химический элемент 15-й группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Сурьма – полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения.
Температура плавления: 630,8 °C; атомный номер: 51.
Определение температур кристаллизации Рb, Sb и сплавов Рb-Sb. Температуру кристаллизации металлов и сплавов определяют на установке, схема которой изображена на рис. 6.1.
Рисунок 6.1 – Схема установки для определения температур кристаллизации металлов и сплавов |
Последовательность определения температуры кристаллизации:
|
|
1. Подготовленное количество (150-200 г) чистого металла или сплава определенного состава помещают в тигель 1 (рис. 6.1), установленный в тигельную электропечь 2.
2. Включают печи и расплавляют в тигеле металл или сплав.
3. Закрывают тигель крышкой 3: через отверстие крышки в расплавленный металл (сплав) помещают термометр 4.
4. Печи выключают и через каждые 20 с записывают показания термометра 4; запись прекращают через 15 мин после полного затвердевания металла (сплава).
5. По полученным критическим точкам для металла и каждого сплава строят кривую охлаждения в координатах «температура – время охлаждения».
6. На построенных кривых охлаждения определяют температуру кристаллизации, которая соответствует горизонтальному участку кривой (для чистых металлов и сплава эвтектического состава) или точкам перегиба кривой, соответствующих температурам начала и конца затвердевания (для всех сплавов, кроме эвтектического).
Методика построения диаграммы состояния сплавов Рb-Sb. Для построения диаграммы необходимо:
1. Начертить сетку в координатах «температура – химический состав».
2. На оси абсцисс отметить точки, соответствующие исследуемым сплавам с 5, 10, 13, 20, 40 и 80 % Sb, и в каждой из этих точек восстановить перпендикуляр к оси абсцисс (провести линии сплавов) (рис. 6.2).
|
|
3. На осях ординат отметить точками температуру плавления чистых металлов (Рb, Sb) (рис. 6.2). На каждой линии сплавов отметить точками температуры начала и конца кристаллизации, полученные экспериментально.
4. Соединить плавными линиями точки, характеризующие начало кристаллизации сплавов; продлить их до точек кристаллизации чистых металлов. Соединить линией точки, характеризующие конец кристаллизации сплавов; продлить ее до правой и левой оси ординат.
Рисунок 6.2 – Построение диаграммы Рb-Sb
Задание
1. Изучить методику определения температур кристаллизации чистых металлов и сплавов на примере Рb-Sb или Zn-Sn (с построением кривых охлаждения) и методику построения диаграммы состояния двухкомпонентных систем.
2. Провести наблюдение за процессом охлаждения металлов и сплавов Рb-Sb или Zn-Sn. Результаты наблюдения занести в протокол испытания (табл. 6.1).
3. Построить кривые охлаждения данных металлов и сплавов.
4. Построить диаграмму состояния Рb-Sb или Zn-Sn.
5. Написать отчет по работе в соответствии с п.п. 2-4.
Таблица 6.1 – Протокол испытания
|
|
100% Рb (Zn) | 5% Sb (Sn) | 13% Sb (Sn) | 20% Sb (Sn) | 40% Sb (Sn) | 80% Sb (Sn) | 100% Sb (Sn) | |||||
Контрольные вопросы
1. В чем сущность определения температур кристаллизации металлов и сплавов термическим методом?
2. Опишите установку и последовательность определения температур кристаллизации чистых металлов и сплавов.
3. Опишите методику построения диаграммы состояния на примере сплава Рb-Sb.
4. Какой тип диаграммы состояния образует данный сплав?
5. Почему с момента начала кристаллизации (перегиб на кривой) скорость охлаждения сплава замедляется (ход кривой становится более пологим)?
6. Почему в сплавах некоторых систем на кривых охлаждения (нагревания) наблюдаются температурные остановки (горизонтальные площадки)?
7. Какой вид имеют кривые охлаждения (нагревания) при затвердевании чистых компонентов, сплавов из компонентов, образующих и жидкий, и твердый растворы; сплавов с наличием эвтектических превращений?
8. Определите структуру и фазовый состав исследуемых сплавов при комнатной температуре.
Лабораторная работа 7
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 347; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!