1.2. Построение диаграммы состояния

В основе построения диаграмм состояний лежит определение критических точек при охлаждении жидкого сплава (чистого металла) до нормальной температуры. При этом пользуются методом термического анализа, который заключается в систематическом измерении температуры сплавов различной концентрации по мере охлаждения их через равные промежутки времени. По результатам измерений строят кривые охлаждения в системе «Температура – время».

Рис. 3.3. Схема установки для построения кривых охлаждения: 1 – расплавленный металл (сплав), 2 – тигель, 3 – печь, 4 – термопара, 5 – милливольтметр

Для построения кривых охлаждения в лабораторной работе пользуются установкой (рис. 3.3), состоящей из электропечи 3, в которой находится тигель 2 с расплавом 1. В металл помещена термопара 4. Термопара подсоединена к милливольтметру 5. При нагревании спая термопары в цепи будет возникать термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), величина которой зависит от температуры.

Диаграмму состояния строят в координатах «Температура – концентрация» (рис. 3.4). Для сплавов, состоящих из двух компонентов А и В, состав характеризуется отрезком прямой, принятым за 100%. Крайние точки А и В соответствуют 100% чистых компонентов. Любая точка на отрезке характеризует состав двойного сплава. Так, например, точка С соответствует сплаву, состоящему из 20% В и 80% А; точка D соответствует сплаву, состоящему из 60% В и 40% А.

Рис. 3.4. Координаты для изображения диаграммы состояния двухкомпонентной системы

Найденные по кривым охлаждения значения критических точек переносятся на поле диаграммы состояния на ординаты точек (линии, проходящие через точки С и D), соответствующих составам исследуемых сплавов. Соединив плавными линиями критические точки, получим основные контуры диаграммы состояния сплавов А и В.

2. Порядок выполнения работы

1. Перед началом измерений сплав находится в жидком состоянии. Когда печь выключают, сплав начинает охлаждаться. С момента начала охлаждения включить секундомер и фиксировать показания милливольтметра через каждые 60 секунд. Показания занести в табл. 3.1. Все измерения проводят в заданном интервале температур (указаны на подставке милливольтметра), в который попадают значения критических точек.

2. По полученным данным построить кривую охлаждения. Для более четкого выявления перегибов на кривой охлаждения в работе будет предложен масштаб для каждого сплава.

3. По перегибам на кривой охлаждения определить критические точки и соответствующую им ТЭДС перевести в градусы по градуировочной кривой. Результаты занести в табл. 3.2.

4. Найденные значения критических точек из табл. 3.2 перенести на поле диаграммы состояния «Свинец – олово», приняв левую вертикаль – 100 % свинца, а правую – 100 % олова.

Для этого необходимо восстановить ординаты от точек, соответствующих составам исследуемых сплавов. На этих ординатах (не менее трех для сплавов и две оси ординат для чистых компонентов) нанести значения критических точек. Затем плавными кривыми соединить все точки начала и все точки конца кристаллизации. Все линии диаграммы необходимо обозначить буквами.

5. На поле диаграммы обозначить фазовый состав областей. Ниже поля диаграммы обозначить структуры сплавов.