Федеральное агентство по образованию

Уральский государственный технический университет-УПИ

Сплавы и их структура

Методические указания к домашнему заданию по курсу

«Материаловедение и технология материалов»

для студентов направления

280100 – Безопасность жизнедеятельности

Печатается по решению редакционно-издательского совета

УГТУ-УПИ от 18.01.2007 г.

Екатеринбург

УГТУ-УПИ

2007

УДК 669.017

Составитель Е.Е. Барышев

Научный редактор проф., д-р техн.наук В.С. Цепелев

СПЛАВЫ И ИХ СТРУКТУРА : методические указания к домашнему заданию по курсу «Материаловедение и технология материалов» / сост. Е.Е. Барышев. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 42 с.

В работе приведены рекомендации по изучению диаграмм состояния и структуры двойных сплавов и сплавов системы железо-углерод.

Библиогр.: 7 назв. Рис. 12. Прил. 2.

Подготовлено кафедрой «Безопасность жизнедеятельности»

© Уральский государственный технический университет-УПИ, 2007

1. Общие сведения о диаграммах состояния двойных систем

За исключением сравнительно небольшого числа случаев, когда в технике используются чистые металлы U, Th, Zr, Li, Be (в ядерной энергетике), Ge, Ag, Cu (в электро- и радиотехнике), подавляющее количество изделий, конструкций, машин изготовлено из металлических сплавов, как правило, более дешевых и часто с лучшими физико-химическими и технологическими свойствами по срав­нению с чистыми металлами.

Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух и более элементов. Сплав, приготовленный преимущественно из металлов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом.

В расплаве все компоненты, из которых был получен сплав, находятся обычно в атомарном состоянии, образуя однородный жидкий раствор. При кристаллизации расплава образуются новые вещества – фазы сплава.

Фазой называют однородную составляющую часть системы, имеющую определенный состав, кристаллическое строение, свойства, одно и то же агрегатное состояние и отделенную от остальных частей системы поверхностями раздела.

Достаточно полную информацию о сплавах дают результаты экспериментальных исследований, обобщенные в виде так называемых диаграмм состояния. Диаграммы состояния позволяют определить фазовый состав сплавов при различных температурах и концентрациях компонентов.

По диаграммам можно установить, какие превращения происходят в сплавах при нагреве и охлаждении, определить равновесные температуры плавления и затвердевания сплавов различных составов.

В диаграммах состояния двойных систем по оси ординат откладывается температура, а по оси абсцисс – концентрации компонентов, конечные точки оси абсцисс соответствуют чистым компонентам.

Строятся диаграммы состояния на основе данных термического анализа с помощью кривых охлаждения сплавов различного состава (рис. 1). На участке кривой А от t_Н до t_А происходит охлаждение расплавленного компонента А. Площадка при t_А свидетельствует о кристаллизации компонента А. Ниже температуры t_А идет охлаждение отвердевшего компонента А.

Сплавы кристаллизуются в интервале температур. На кривой охлаждения сплава 1 в интервале температур t_m – t_n скорость охлаждения меньше, чем на других участках этой линии, что связано с выделением тепла при кристаллизации. Таким образом, t_m – температура начала, a t_n – температура конца кристаллизации сплава 1. Кривые охлаждения других сплавов имеют аналогичный вид. Исключение составляет сплав состава «Э», который кристаллизуется подобно чистым компонентам А и В - при постоянной температуре t_Э. Таким образом, ниже температуры t_Э все сплавы системы «А-В» наводятся в твердом (закристаллизовавшемся) состоянии. Если установленные экспериментально точки t_m и t_n нанести на график (рис. 1, б) при соответствующих составах, то получим диаграмму состояния.

Н

Рис. 1. Схема построения диаграммы состояния системы «А-В» (б) по кривым охлаждения сплавов (а)

иже рассмотрены основные типы диаграмм состояния металлических сплавов.