ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 8Следующая ⇒

МЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Цель работы

1. Ознакомиться с термическим методом построения диаграммы фазового равновесия двухкомпонентной системы.

2. Построить диаграмму состояния Рb-Sb.

Приборы, материалы и инструмент

1. Тигельные печи.

2. Термометры.

3. Металлы: свинец, сурьма и сплавы Рb-Sb с 5, 10, 13, 20, 40 и 80% Sb.

4. Секундомер.

5. Мерительная линейка.

Краткие теоретические сведения

Термический анализ основан на фиксации тепловых эффектов превращений, т. к. переход из одного агрегатного состояния в другое, а также полиморфные превращения происходят с выделением тепла при охлаждении и поглощением тепла при нагревании металлов и сплавов.

Вначале сплав заданного химического состава переводят в жидкое состояние (расплавляют в электропечи), а затем тигель с расплавом переносят на установку, вводят в защитный чехол термометр или горячий спай термопары и подвергают медленному охлаждению. Во время охлаждения расплава периодически (через равные промежутки времени) замеряют температуру. На основании полученных результатов строят термические кривые (кривые охлаждения) в координатах «температура (ось ординат) – время (ось абсцисс)». Тепловые эффекты фазовых превращений с течением времени отражаются на монотонности хода кривой охлаждения: на кривой появляется либо перегиб (точка перегиба), либо температурная остановка в охлаждении (горизонтальная площадка).

Спроецировав точки перегибов и температурных остановок на ось ординат, определяют температуры начала и конца всех фазовых превращений, которые происходят в исследуемом сплаве.

Компоненты сплава Рb-Sb:

Свине́ ц (Рb) – химический элемент 14-й группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Свинец – ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.

Температура плавления: 327, 5 °C.

Атомный номер: 82.

Сурьма́ (Sb) – химический элемент 15-й группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Сурьма – полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения.

Температура плавления: 630, 8 °C.

Атомный номер: 51.

Определение температур кристаллизации Рb, Sb и сплавов Рb-Sb. Температуру кристаллизации металлов и сплавов определяют на установке, схема которой изображена на рис. 6.1.

Рисунок 6.1 – Схема установки для определения температур кристаллизации металлов и сплавов

Последовательность определения температуры кристаллизации:

1. Подготовленное количество (150-200 г) чистого металла или сплава определенного состава помещают в тигель 1 (рис. 6.1), установленный в тигельную электропечь 2.

2. Включают печи и расплавляют в тигеле металл или сплав.

3. Закрывают тигель крышкой 3: через отверстие крышки в расплавленный металл (сплав) помещают термометр 4.

4. Печи выключают и через каждые 20 с записывают показания термометра 4; запись прекращают через 15 мин после полного затвердевания металла (сплава).

5. По полученным критическим точкам для металла и каждого сплава строят кривую охлаждения в координатах «температура – время охлаждения».

6. На построенных кривых охлаждения определяют температуру кристаллизации, которая соответствует горизонтальному участку кривой (для чистых металлов и сплава эвтектического состава) или точкам перегиба кривой, соответствующих температурам начала и конца затвердевания (для всех сплавов, кроме эвтектического).

Методика построения диаграммы состояния сплавов Рb-Sb. Для построения диаграммы необходимо:

1. Начертить сетку в координатах «температура – химический состав».

2. На оси абсцисс отметить точки, соответствующие исследуемым сплавам с 5, 10, 13, 20, 40 и 80 % Sb, и в каждой из этих точек восстановить перпендикуляр к оси абсцисс (провести линии сплавов) (рис. 6.2).

3. На осях ординат отметить точками температуру плавления чистых металлов (Рb, Sb) (рис. 6.2). На каждой линии сплавов отметить точками температуры начала и конца кристаллизации, полученные экспериментально.

4. Соединить плавными линиями точки, характеризующие начало кристаллизации сплавов; продлить их до точек кристаллизации чистых металлов. Соединить линией точки, характеризующие конец кристаллизации сплавов; продлить ее до правой и левой оси ординат.

Рисунок 6.2 – Построение диаграммы Рb-Sb

Задание

1. Изучить методику определения температур кристаллизации Рb, Sb и сплавов Рb-Sb (с построением кривых охлаждения) и методику построения диаграммы состояния Рb-Sb.

2. Провести наблюдение за процессом охлаждения Рb, Sb и сплавов Рb-Sb. Результаты наблюдения занести в протокол испытания (табл. 6.1).

3. Построить кривые охлаждения данных металлов и сплавов.

4. Построить диаграмму состояния Рb-Sb.

5. Написать отчет по работе в соответствии с п.п. 2-4.

Таблица 6.1 – Протокол испытания

100% Рb	5% Sb	13% Sb	20% Sb	40% Sb	80% Sb	100% Sb

Контрольные вопросы

1. В чем сущность определения температур кристаллизации металлов и сплавов термическим методом?

2. Опишите установку и последовательность определения температур кристаллизации Рb, Sb и сплавов Рb-Sb.

3. Опишите методику построения диаграммы состояния Рb-Sb.

4. Какой тип диаграммы состояния образует сплав Рb-Sb?

5. Почему с момента начала кристаллизации (перегиб на кривой) скорость охлаждения сплава замедляется (ход кривой становится более пологим)?

6. Почему в сплавах некоторых систем на кривых охлаждения (нагревания) наблюдаются температурные остановки (горизонтальные площадки)?

7. Какой вид имеют кривые охлаждения (нагревания) при затвердевании чистых компонентов, сплавов из компонентов, образующих и жидкий, и твердый растворы; сплавов с наличием эвтектических превращений?

8. Определите структуру и фазовый состав исследуемых сплавов при комнатной температуре.

Лабораторная работа 7

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 Следующая ⇒