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:

1. это геометрические места критических точек (температур начала или конца) фазовых превращений;

2. 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);

3. 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).