FM_MMMFP (1) / Янченко / Ещё одна, не помню какая их них правильная / Анализ фазовой структуры диаграммы состояния

Анализ фазовой структуры диаграммы состояния трехкомпонентной системы Bi – Pb – Sn.

1.На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трех компонентной системы определите фигуративные точки сплавов следую­щей концентрации:

а) Bi – 50%, Pb – 50%, Sn –0%; б) Bi – 40%, Pb – 15%, Sn – 45%.

2.На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы трех­компонентной системы изобразите: а) совокупность сплавов, имеющих постоянную концентрацию того или иного компонента, б)совокупность сплавов, характеризующихся постоянным соотношением компонентов:

а) Sn – 65%; б) Pb : Sn = 1 : 3.

3. Дадим определение поверхности солидуса, поверхности ликвидуса и поверхности начала кристаллизации двойных эвтектик.

Поверхность солидуса – это геометрическое место фигуративных точек твёрдых растворов предельной концентрации. Поверхность ликвидуса – это геометрическое место фигуративных точек жидких растворов предельной концентрации. Поверхности начала кристаллизации двойных эвтектик (линейчатые поверхности) – это поверхности, связанные с выделением двойной эвтектики. Над этими поверхностями сплавы двухфазны (сплав и один твёрдый компонент), а под ними трёхфазны (расплав и два твёрдых компонента). Особенностью таких поверхностей является то, что любое изотермическое сечение диаграммы пересекает поверхности двойных эвтектик по прямым линиям – коннодам, соединяющим фигуративные точки фаз, находящихся в равновесии при данной температуре – одной жидкой (точки лежат на линиях двойных эвтектик) и двух твёрдых (точки лежат на вертикальных линиях компонентов системы). В системе Bi-Pb-Sn имеются шесть поверхностей начала кристаллизации двойных эвтектик.

На концентрационном треугольнике проекции этих поверхностей изображаются в виде треугольников АЕВ, ВЕС, АЕС.

4. Сплав состава Bi – 20%, Pb – 20%, Sn – 60% при охлаждении из жидкого состояния начнет кристаллизоваться при температуре 180 ^оС (точка S).

5. Первые кристаллики, выпадающие при кристаллизации данного сплава, будут представлять собой чистый Sn, так как сплав находится в области, где первым начинает кристаллизоваться компонента Sn.При дальнейшем охлаждении состав жидкой фазы будет изменятся по кривой QVU, и в точке U жидкая фаза полностью исчезнет. В начале из жидкости выпадает компонент Sn; затем на линии двойной эвтектики начинает выпадать компонент Pb. В точке U выпадет Bi и исчезает жидкая фаза.

6. Количество твердой фазы, которое выделится из 5 кг рассматриваемого сплава при охлаждении до температуры 425 К (152 ^оС) можно определить по правилу рычага:

7. Второй компонент из сплава данного состава начнет выделяться при температуре  125 ^оС(точка V). Это будет компонент Pb. Состав жидкой фазы будет изменяться по линии кристаллизации двойной эвтектики как указано стрелками.

8.Кристаллизация жидкой фазы рассматриваемого сплава закончится при температуре эвтектики (96 ^оС). При этом будет протекать такое фазовое превращение: L  Bi + Pb + Sn. Состав последней капли расплава будет также соответствовать составу эвтектики (точка U на диаграмме): Bi – 51 %, Pb – 30 %, Sn – 19 %.

9.Для определения числа условных термодинамических степеней свободы рассматриваемой системы при различных температурах воспользуемся правилом фаз Гиббса: С = K – Ф + 1, где: С – искомое число условных термодинамических степеней свободы; К – число компонентов, образующих систему; Ф – число фаз, находящихся в равновесии при данных условиях.

При 400 К (127 ^оС): К = 3, Ф = 2, С = 2. При 370 К (97 ^оС): К = 3, Ф = 3, С = 1. При 96 ^оС (температура точки Е): К = 3, Ф = 4, С = 0.

10.Политермический разрез системы с постоянным содержанием компонента Sn – 65 % представлен на рисунке ниже.

11.Кривые охлаждения приведены для двух сплавов (I и II), и показаны в одной системе рисунков вместе с политермическим разрезом.

12.В шлифах сплавов, фигуративные точки которых близки к точке эвтектики, на фоне почти однородной структуры, состоящей из зерен эвтектического сплава (при рассматривании в светлом поле микроскопа они будут выглядеть серым фоном), видны кристаллики первого выделившегося вещества (как правило более светлые). В шлифах сплавов, фигуративные точки которых близки к точкам чистых компонентов, будут наблюдаться крупные светлые кристаллики чистого компонента, а по их границам образовывается сетка из сплава состава эвтектики.

13. На концентрационном треугольнике фазовой диаграммы изобразили проекцию эвтектической диаграммы с твердыми растворами при температуре эвтектики.

Проекция эвтектической диаграммы с твердыми растворами

При температуре эвтектики в равновесии находятся фазы:

,

Где , ,  – твёрдые растворы на основе компонентов Bi, Pb, Sn.