Порядок выполнения работы.

1. Охарактеризовать свойства чистых металлов и сплавов, как конструкционных материалов.

2. Изложить принципы построения диаграмм состояния сплавов и особенности диаграмм состояния сплавов первого и второго типов.

3. Вычертить диаграмму состояния сплавов Pb-Sb.

4. Рассмотреть образцы и зарисовать микроструктуры эвтектических, до- и заэвтектических сплавов Pb-Sb.

5. Определить процентное содержание компонентов в зарисованных микроструктурах.

6. Определить состав, а также количество жидкой и твёрдой фаз в двухфазной области для температуры и сплава, заданного преподавателем.

7. Вычертить диаграмму состояния сплавов Cu-Ni.

8. Выполнить задание п.6 для сплавов Cu-Ni.

9. Рассмотреть образцы и зарисовать микроструктуры литого сплава Cu-Ni до и после диффузионного отжига.

10. Объяснить причины возникновения и меры борьбы с дендритной ликвацией и ликвацией по плотности.

Лабораторная работа №5 Диаграмма Fe - Fe3c

1. Общие сведения

Между составом, структурой и свойствами сплавов имеется опре­деленная зависимость. Поэтому важно знать закономерности изменения структуры сплавов с изменением химического состава и температуря. Для этого строят диаграммы состояния сплавов.

Диаграмма состоянии представляет собой графическую зависимость сплавов данной, системы от их концентрации (химического состояния) и температуры. Диаграммы состояний называют диаграммами фазово­го равновесия сплавов.

Диаграмма состояний позволяет проследить за процессами, происхо­дящими в конкретном сплаве при нагревании и охлаждении; определить сплавы, которые обладают хорошими литейными свойствами, а также сплавы, изменяющие физико-механические свойства путем термической обработки; правильно установить режимы термической и химико-термической обработки; указать, какую структуру будут иметь сплавы в равновесном состоянии медленное охлаждение), по микроструктуре в некоторых случаях рассчитать химический состав сплава; правильно выбрать состав сплава, обладающий необходимыми свойствами, т.д.

Диаграмма состояний строится в координатах: температура – концентрация. По вертикальной оси откладывается температура в градусах Цельсия; по горизонтальной – концентрация элементов в весовых или атомных процентах. Таким образом, к4аждая точка диаграммы состояний отвечает определенному составу сплава при определенной температуре в условиях равновесия.

Существуют различные физические методы построения диаграмм состояний, однако сущность любого из них сводится к определению критических точек при нагревании и охлаждении металлов и сплавов. КРИТИЧЕСКИМИ ТОЧКАМИ – называется температуры, соответствующие фазовым превращениям или каким-либо другим превращениям в сплаве или металле.

Наиболее простым и удобным методом, позволяющим проследить за процессами кристаллизации металла или сплава из жидкого состояния, является метод ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, так как процесс кристаллизации при этом сопровождается значительным тепловым эффектом. Фазовые превращения в сплавах, пример появления твердой фазы в начале кристаллизации (или плавление при нагревании), переход металла в твердом состоянии из одной формы кристаллического строения в другую, растворение или выделение избыточной фазы и т.д., сопровождается тепловым эффектом. В соответствии с этим на кривых измерений, построенных в координатных осях температура – время, при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба или температурные остановки. Перегибы на кривой нагрева или охлаждения наблюдаются в том случае, если превращение происходит в интервале температур.

При превращение в твердом состоянии тепловой эффект бывает менее значительным, чем изменение таких свойств, как объем, электропроводность, магнитные свойства, твердость и другие. Поэтому при определении критических точек в твердом состоянии применяются методы, основанные на изменении вышеуказанных свойств: дилатометрический, электрический, магнитометрический и другие.

ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД основан на определении критических точек по перегибам на кривых, характери­зующих объемные (или линейные) изменения исследуемого металла или сплава в результате разовых или структурных превращений при нагревании или охлаждении. При нагреве металлов и сплавов проис­ходит изменение объема и линейных размеров тела - тепловое рас­ширение. Если эти изменения обусловлены только увеличением энер­гии колебаний атомов за счет повышения температуры, то при воз­вращении температуры к прежнему уровню восстанавливаются и ис­ходные размеры тела. Если же в теле при нагреве (или охлаждении) происходят разовые превращения, то изменения размеров могут быть необратимыми.

Изменения размеров тел, связанные с нагревом и охлаждением изучают на специальных приборах - дилатометрах.

Дилатометрический метод позволяет определять критические точки металлов и сплавов, изучать процессы распада твердых раст­воров, а также дает возможность установить температурные интер­валы существования упрочняющих фаз и т.п. Достоинство этих при­боров - высокая чувствительность и независимость показаний от скорости изменения температуры.

Высокую чувствительность электрических ме­тодов измерения также широко используют при исследовании фазовых превращений, дефектов тонкой структуры и других явлений, происходящих в металлах и сплавах, которые невозможно изучать другими методами исследования. Суть методов заключается в изменении электросопротивления (или электропроводности) при нагре­вании или охлаждении, выражающегося в перегибах правых, по ко­торым находят критические точки. Электрическое сопротивление измеряют с помощью различных мостовых схем, а также компенсаци­онными методами. Этот метод впервые бил предложен Н. С. Курнаковым.

Различные способы магнитного анализа используют при исследовании процессов, связанных с переходом из парамагнитного состояния в ферромагнитное (или наоборот), причем возможна количественная опенка этих процессов. Магнитометрические методы широко применяют при решении задач практического металловедения, например таких, кок исследование влияния на струк­туру режимов термической обработки, деформации, легирования и т.д.

МЕТОД ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ основан на изучении необратимых потерь энергии механических колебаний внутри твердого тела.

Используя этот метод, можно определять изменение концентра­ции твердых растворов; распределение примесей; получить информа­цию о фазовых и полиморфных превращениях к изменениях дислокаци­онной структуры; можно рассчитать коэффициенты диффузии с высо­кой точностью, в том числе и при низких температурах, где ника­кой другой метод неприменим.