Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Экспериментальная часть работыВ данной лабораторной работе предлагается построить и исследовать диаграмму состояния сплавов системы «олово-цинк». Эти металлы практически нерастворимы друг в друге в твердом состоянии, не образуют химических соединений и неограниченно растворимы в жидком состоянии. Для термического анализа рекомендуется использовать сплавы олова с 4, 8, 30 и 80% цинка. Группа студентов разбивается на 4 подгруппы, каждая из которых ведет работу с одним из указанных сплавов. Построение кривых охлаждения сплавов и определение температур кристаллизации производится в следующей последовательности: 1. Взвешивают олово и цинк в пропорциях, соответствующих заданному сплаву. Общий вес каждого сплава равен 100 г. 2. В шамотно-графитовый тигель на дно помещают навеску цинка, а сверху - олово, т.к. оно легче плавится, засыпают поверхность металла небольшим слоем толченого древесного угля (для предохранения от окисления) и помещают тигель в предварительно нагретую шахтную печь. Через отверстие в крышке печи в тигель погружают термопару, подключенную к электронному пирометру. 3. Тигель выдерживают в печи до полного расплавления металлов, что контролируют по показаниям измерительного прибора. Более тугоплавкий цинк плавится при 419 С. Не допускается нагрев выше 500 С. 4. Тигель с расплавом извлекают из печи и устанавливают в песчаную ванночку; расплавленный металл тщательно перемешивают специальной мешалкой и опускают в него горячий спай термопары. Термопару закрепляют на штативе таким образом, чтобы горячий спай не касался стенок и дна тигля. 5. Записывают показания температуры через каждые 20 с. Запись температуры начинают при 400°С, а заканчивают на отметке 100 - 150°С. 6. После окончания замеров температуры тигель с затвердевшим металлом и термопарой переносят в печь и нагревают до расплавления сплава. Затем термопару вынимают и закрепляют в штативе, а тигель с металлом помещают в песочную ванночку. 7. По полученным данным строят кривые охлаждения сплавов в координатах «температура - время». По перегибам и горизонтальным площадкам на кривой охлаждения определяют температуры начала и конца кристаллизации. Полученные результаты показывают для проверки преподавателю. 8. Охлажденный слиток используют для приготовления микрошлифа. 9. Результаты кривых охлаждения для всех четырех сплавов сводят в таблицу. Температуры кристаллизации чистых металлов берут из справочной литературы. Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк» Диаграмма состояния сплавов представляет собой графическое изображение фазового и структурного состава любого сплава данной системы в зависимости от температуры и концентрации. Вид диаграммы состояния зависит от того, как реагируют компоненты друг с другом в твердом и жидком состояниях. Таблица 4. I Результаты термического анализа
Для построения диаграммы необходимо: 1. Провести оси координат 2. На оси абсцисс отметить точки, соответствующие исследованным сплавам, т. е. сплавам с 4, 8, 30, 80% цинка и в каждой из этих точек восстановить перпендикуляр, т. е. провести линии сплавов (рис.3.3, б) 3. На каждой линии отметить точками температуры начала и конца кристаллизации, полученные экспериментально. Так как линии чистых металлов олова и цинка являются ординатами (левая - олово, правая - цинк), то на этих ординатах отметить точками температуры кристаллизации олова и цинка (рис. 3.3, в). 4. Соединить линией точки, характеризующие конец кристаллизации сплавов; т.к. все эти точки соответствуют одной температуре, то линия будет горизонтальной; продолжить эту линию до правой и левой ординат. Соединить плавными линиями точки, характеризующие начало кристаллизации сплавов; продолжить их до точек кристаллизации чистых металлов (олово - 232°С, цинк -419° С, рис. 3.3, г). 5. Обозначить полученные линии буквами и охарактеризовать их. Указать фазовый и структурный состав всех областей диаграммы. Линия АСВ, соединяющая точки начала кристаллизации, называется линией ликвидус. Выше этой линии все сплавы олова и цинка находятся в жидком состоянии. Линия ДСЕ характеризует конец затвердевания сплавов и называется линией солидус. Ниже ее все сплавы находятся в твердом состоянии. Между линиями ликвидус и солидус одновременно сосуществуют жидкая и твердая фазы (Ж + Sn и Ж + Zn). 6. Для правильного определения фазового и структурного состава всех областей диаграммы необходимо воспользоваться микроскопическим методом исследования сплавов, т. е. просмотреть под микроскопом приготовленные шлифы (при увеличении х 100 или х 200), а также изучить процесс формирования микроструктур при кристаллизации.
Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово - цинк» Сплав, соответствующий точке 8% цинка и 92% олова, затвердевает при постоянной температуре 200 С. При этой температуре (ей соответствует горизонтальная площадка на кривой охлаждения, рис. 3. 4, б) из жидкости одновременно выделяются мелкие кристаллы цинка и олова, смесь которых называется эвтектикой, а данное превращение Ж→Zn+Sn - эвтектическим. Эвтектический состав при исследовании под микроскопом обнаруживает характерную мелкодисперсную структуру из выделений цинка, расположенных в оловянной основе. Сплав с 80% цинка затвердевает в температурном интервале 5 - 6 и имеет на кривой охлаждения две критические точки. Первая (перегиб кривой охлаждения, рис.3.4, г) отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов цинка, которое продолжается до 200 С. В процессе выделения кристаллов цинка оставшийся жидкий сплав обогащается оловом, и химический состав жидкости при этом непрерывно меняется. Для того чтобы определить химический состав жидкости в интервале температур «начало кристаллизации - конец кристаллизации», необходимо через заданную точку, например т на рис. 3. 4, провести параллельно оси концентраций коноду Кп до пересечения с линией ликвидус СВ; проекция точки пересечения К на ось концентраций покажет процентное содержание цинка и олова в жидкости. При температуре 200 С в жидкости остается 8% цинка и происходит эвтектическое превращение, которое. соответствует горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате микроструктура затвердевшего сплава состоит из крупных кристаллов цинка и эвтектики. Сплав с повышенным содержанием олова (4% цинка) также затвердевает в интервале температур и тоже имеет на кривой охлаждения (рис. 3. 4, а) две критические точки. Первая отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов олова, которое и в этом случае продолжается до 200°С. Жидкая фаза данного сплава обогащается цинком, вследствие выделения кристаллов олова, до эвтектического состава. Окончательно сплав затвердевает при температуре второй критической точки, отвечающей горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате образуется структура, состоящая из кристаллов олова и эвтектики. Диаграмма состояния показывает, что только чистые металлы и сплавы эвтектической концентрации плавятся и затвердевают при постоянной, строго определенной температуре. Характерная особенность эвтектического сплава (в данном случае 8% 7п) заключается в том, что он имеет более низ- кую температуру плавления, чем составляющие его компоненты. Затвердевание всех остальных сплавов происходит в определенном интервале температур, причем при охлаждении любого сплава сперва из жидкой фазы выделяется в виде кристаллов избыточный по отношению к составу эвтектики компонент, т.к. при охлаждении любого сплава его жидкая фаза всегда стремится
Рис. 4.3. Порядок построения диаграммы состояния сплавов
к эвтектической концентрации. В области, ограниченной фигурой ДАС, сплавы находятся в виде кристаллов олова и жидкого сплава, а в области, ограниченной фигурой СВЕ - в виде кристаллов цинка и жидкого сплава. Ниже линии ДС они состоят из кристаллов олова и эвтектики (доэвтектические сплавы); ниже точки С - из одной эвтектики (эвтектический сплав); ниже линии СЕ - из кристаллов цинка и эвтектики (заэвтектические сплавы).
Рис.4.4. Кривые охлаждения, структуры и диаграмма состояния сплавов олова с цинком
Рис. 4.4. Окончание
Порядок выполнения работы и содержание отчета 1. Ознакомиться с содержанием работы. 2. Проверка преподавателем готовности студентов к выполнению работы. 3. Выполнить экспериментальную часть работы по определению критических температур начала и конца кристаллизации заданных сплавов. 4. Построить диаграмму состояния сплавов системы «олово; - цинк». 5. Изучить и проанализировать микроструктуру четырех сплавов «олово - цинк» с помощью микроскопа. 6. Составить отчет о проделанной работе. Содержание отчета: название и цель работы, теоретическая часть, описание хода работы, кривая охлаждения заданного сплава, сводная таблица критических температур кристаллизации всех четырех сплавов, диаграмма состояния сплавов«олово - цинк» с обозначением фаз и структур, рисунки микроструктур всех четырех сплавов с обозначением процентного состава каждого сплава и структурных составляющих. Контрольные вопросы 1. В чем заключается термический метод исследования сплавов? 2. Как и чем измеряется температура сплава при охлаждении? 3. Методика построения диаграммы состояния сплавов по данным, полученным при проведении эксперимента. 4. Что такое диаграмма состояния сплавов? 5. Показать на диаграмме линии ликвидус и солидус. 6. Какие фазы находятся в различных областях диаграммы? 7. Как по диаграмме состояния определяется химический состав жидкости в интервале температур «начало кристаллизации - конец кристаллизации»? 8. Показать на диаграмме сплавы доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. 9. Из чего состоит микроструктура доэвтектических, эвтектических и заэвтектических сплавов? 10. Что называется эвтектикой? 11. Покажите на диаграмме эвтектическую точку, эвтектическую концентрацию, эвтектическую линию. 12. Описать процесс формирования микроструктуры при кристаллизации любого доэвтектического, эвтектического и заэвтектического сплава.
Лабораторная работа №5
|