Разбор диаграммы состояния металлической системы 'свинец-платина'
Содержание
Введение
. Цель и задание на курсовую работу
. Описание диаграммы
.1 Характеристика компонентов
.2 Характеристика диаграммы
.3 Характеристика промежуточных фаз
. Фазовая диаграмма состояния
системы и характеристика линий диаграммы
. Характеристика нонвариантных
трехфазных превращений
. Разбор структурно-фазовых
превращений при охлаждении
. 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
.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
ºC.
Температура кипения 1740 ºC.
Температура рекристаллизации -35 ºC,
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 1769ºC.
Температура кипения 3800 ºC.
Температура рекристаллизации 800 ºC,
при степени деформации 85% и выше.
.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 ºC
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 ºC.
Промежуточная фаза образуется
в результате перитектической реакции при температуре 795 ºC.
Промежуточная фаза образуется
в результате перитектической реакции при температуре 360 ºC.
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 ºC, для сплава
II - 850 ºC, для сплава
III - 500 ºC, для
сплавов IV и V возьмем температуру эвтектического превращения - 290 ºC.
Рис. 9 - Диаграмма состояния с
конодами
Сплав I.
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:
Литература
.
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.
.
Захаров А. М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. М.: Металлургия,
1990
.
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.