Разбор диаграммы состояния металлической системы «свинец-платина»

Содержание Введение

1. Цель и задание на курсовую работу

2. Описание диаграммы

2.1 Характеристика компонентов

2.2 Характеристика диаграммы

2.3 Характеристика промежуточных фаз

3. Фазовая диаграмма состояния системы и характеристика линий диаграммы

4. Характеристика нонвариантных трехфазных превращений

5. Разбор структурно-фазовых превращений при охлаждении

6. Применение правила отрезков Литература

Введение

Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение равновесного фазового состояния сплавов в зависимости от температур и состава. Диаграммы состояния или диаграммы фазового равновесия строят в координатах температура — концентрация компонентов в сплаве.

Диаграммы состояния показывают устойчивые состояния, т. е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии, и поэтому ее также называют диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы.

Построение диаграмм состояния наиболее часто осуществляется при помощи термического анализа.

В результате получают серию кривых охлаждения, на которых при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба и температурные остановки.

Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называют критическими точками. Некоторые критические точки имеют названия, например, точки отвечающие началу кристаллизации называют точками ликвидус, а концу кристаллизации — точками солидус.

1. Цель и задание на курсовую работу Целью данной работы является разбор диаграммы состояния двухкомпонентной металлической системы «свинец Pb платина Pt».

Рис. 1 — Диаграмма состояния Pb-Pt

2. Описание диаграммы

2.1 Характеристика компонентов Свинец — элемент 14 группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Простое вещество свинец — ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.

Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированная.

Температура плавления 327,5 єC.

Температура кипения 1740 єC.

Температура рекристаллизации -35 єC, при степени деформации 40% и выше.

Платина — элемент 10 группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Благородный металл серо-стального цвета.

Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированная.

Температура плавления 1769єC.

Температура кипения 3800 єC.

Температура рекристаллизации 800 єC, при степени деформации 85% и выше.

2.2 Характеристика диаграммы Оба компонента неограниченно растворимы в жидком состоянии; в твердом практически нерастворимы друг в друге и образуют три химических соединения постоянного состава, и. При температуре 290 єC осуществляется эвтектическое превращение.

2.3 Характеристика промежуточных фаз Промежуточные фазы постоянного состава — это определенные химические соединения компонентов, для которых характерны очень узкие (практически отсутствующие) области гомогенности. На диаграмме состояния Pb-Pt эти области изображены тремя вертикальными линиями.

Промежуточная фаза образуется в результате перитектической реакции при температуре 915 єC.

Промежуточная фаза образуется в результате перитектической реакции при температуре 795 єC.

Промежуточная фаза образуется в результате перитектической реакции при температуре 360 єC.

3. Фазовая диаграмма состояния системы и характеристика линий диаграммы Изобразим диаграмму состояния системы с указанием структур во всех областях и фаз, входящей в состав эвтектики.

Рис. 2 — Диаграмма состояния с указанием структур во всех областях Фазы: жидкость L, практически чистый компонент (Pt), практически чисты компонент (Pb), химические соединения, и .

Линии: ACDFEB — ликвидус; GK', KN', NS', SEM — солидус. Линия SEM в то же время является эвтектикой.

4. Характеристика нонвариантных трехфазных превращений Нонвариантное эвтектическое превращение.

При эвтектической температуре представляет собой равновесие жидкости эвтектического состава () с кристаллами () и

: .

Нонвариантные перитектические реакции.

При температуре происходит перитектическая реакция, с образованием химического соединения в твердом состоянии. Реакцию можно записать в виде: .

При температуре происходит перитектическая реакция, с образованием химического соединения в твердом состоянии. Реакцию можно записать в виде: .

При температуре происходит перитектическая реакция, с образованием химического соединения в твердом состоянии. Реакцию можно записать в виде: .

5. Разбор структурно-фазовых превращений при охлаждении Изобразим диаграмму состояния системы с 5 перпендикулярами к оси концентрации, с различными интервалами. Точки пересечения с диаграммой обозначим цифрами, начиная с 1 для каждого перпендикуляра.

Рис. 3 — Диаграмма состояния с перпендикулярами 5 сплавов Сплав I. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии

(

Идет простое охлаждение жидкости L.

При дальнейшем охлаждении в интервале 1−2 из жидкости начинают выделятся кристаллы

()

Происходит кристаллизация компонента

(): .

В точке 2 при температуре сохранившаяся жидкость, приобретая перитектический состав в точке C, претерпевает перитектическую реакцию: образуется химическое соединение с постоянным составом:

сплав фазовый охлаждение температура

.

Реакция нонвариантная, так как при двух компонентах в реакции участвуют три фазы: жидкость, кристаллы и соединение

Ниже точки 2 идет простое охлаждение сплава, состоящего из первичных кристаллов и перитектики .

Окончательная микроструктура сплава I будет состоять из

.

Рис. 4 — Кривая охлаждения сплава I

Сплав II. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии

(

Идет простое охлаждение жидкости L.

При дальнейшем охлаждении в интервале 1−2 из жидкости начинают выделятся кристаллы

()

Происходит кристаллизация компонента (): .

В точке 2 при температуре сохранившаяся жидкость, приобретая перитектический состав в точке D, претерпевает перитектическую реакцию: образуется химическое соединение с постоянным составом: .

Реакция нонвариантная, так как при двух компонентах в реакции участвуют три фазы: жидкость, соединения и

Ниже точки 2 идет простое охлаждение сплава, состоящего двух перитектик: и .

Окончательная микроструктура сплава II будет состоять из .

Рис. 5 — Кривая охлаждения сплава II

Сплав III. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии

(

Идет простое охлаждение жидкости L.

При дальнейшем охлаждении в интервале 1−2 из жидкости начинают выделятся кристаллы

()

Происходит кристаллизация компонента (): .

В точке 2 при температуре сохранившаяся жидкость, приобретая перитектический состав в точке F, претерпевает перитектическую реакцию: образуется химическое соединение с постоянным составом: .

Реакция нонвариантная, так как при двух компонентах в реакции участвуют три фазы: жидкость, соединения и

Ниже точки 2 идет простое охлаждение сплава, состоящего двух перитектик: и .

Окончательная микроструктура сплава III будет состоять из

.

Рис. 6 — Кривая охлаждения сплава III

Сплав IV. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии

(

Идет простое охлаждение жидкости L.

При дальнейшем охлаждении в интервале 1−2 из жидкости начинают выделятся соединение

()

Происходит кристаллизация компонента

(): .

В точке 2 при температуре сохранившаяся жидкость, приобретая эвтектический состав в точке E, претерпевает эвтектическое превращение: идет совместное выделение кристаллов (Pb) и химического соединения

: .

Реакция нонвариантная, так как при двух компонентах в реакции участвуют три фазы: жидкость, кристаллы и соединение Ниже точки 2 идет простое охлаждение сплава, состоящего из химического соединения и эвтектики ().

Окончательная микроструктура сплава IV будет состоять из

.

Рис. 7 — Кривая охлаждения сплава IV

Сплав V. До точки 1 сплав находится в жидком состоянии

(

Идет простое охлаждение жидкости L.

При дальнейшем охлаждении в интервале 1−2 из жидкости начинают выделятся кристаллы

()

Происходит кристаллизация компонента

(): .

В точке 2 при температуре сохранившаяся жидкость, приобретая эвтектический состав в точке E, претерпевает эвтектическое превращение: идет совместное выделение кристаллов (Pb) и химического соединения

: .

Реакция нонвариантная, так как при двух компонентах в реакции участвуют три фазы: жидкость, кристаллы и соединение Ниже точки 2 идет простое охлаждение сплава, состоящего из первичных кристаллов и эвтектики

().

Окончательная микроструктура сплава V будет состоять из

.

Рис. 8 — Кривая охлаждения сплава V

6. Применение правила отрезков Для применения правила отрезков необходимо на диаграмме провести коноду, на уровне определенной температуры. Выберем температуры для каждого сплава: для I сплава 1300 єC, для сплава II 850 єC, для сплава III 500 єC, для сплавов IV и V возьмем температуру эвтектического превращения — 290 єC.

Рис. 9 — Диаграмма состояния с конодами Сплав I.

Для жидкой фазы состава:

Для твердой фазы состава:

Сплав II.

Для жидкой фазы состава:

Для твердой фазы состава:

Сплав III.

Для жидкой фазы состава:

Для твердой фазы состава:

Сплав IV.

Для твердой фазы состава:

Для эвтектической фазы состава:

Сплав III.

Для твердой фазы состава:

Для эвтектической фазы состава:

1. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 3. Кн. 1/Под общ. ред. Н. П. Лякишева. — М.: Машиностроение, 2001. — 872 с.: ил.

2. Захаров А. М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. М.: Металлургия, 1990

3. Разбор диаграмм состояния двойных сплавов: метод. указ. к лаб. работам / Сост. Т. М. Пугачева, Е. А. Якубович. — Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. — 36 с.: ил.