Akademia Bydgoska

im. Kazimierza Wielkiego

w Bydgoszczy

Wydział Matematyki Techniki i Nauk Przyrodniczych

INSTYTUT TECHNIKI

LABORATORIUM METALI

Układ z fazą międzymetaliczną

Ćwiczenie wykonał:

Jacek Łatka

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem sporządzania wykresu równowagi z fazą międzymetaliczną. Ćwiczenie polega także na zapoznaniu się ze sposobem ustalania składu wydzielonych kryształów i pozostałej cieczy.

Wiadomości ogólne:

Wiele metali tworzy między sobą związki o charakterze metalicznym (np. Al₂Cu) lub z niemetalami (np. Fe₃C). Związek międzymetaliczny A_mB_n nie krystalizuje w strukturze sieci któregoś ze swoich składników, lecz ma własną sieć, strukturę typową dla związku, w której atomy obu składników A i B są wbudowane w odpowiednim związkowi stosunku m:n (oznaczamy Z). Stop Z krzepnie (po osiągnięciu maksimum) w stałej temperaturze pod postacią kryształów Z. Krzepnie więc jak czysty pierwiastek i krzywa chłodzenia ma tylko jeden przystanek temperatury. Podczas ogrzewania stop Z jest w stanie stałym aż do chwili początku topnienia w punkcie maksimum przy stałej temperaturze. Zawiera wówczas w stanie ciekłym nie molekuły Z, lecz pierwiastki A i B rozpuszczone w sobie w stosunku atomowym m:n. Mówimy, że związek metaliczny jest trwały poniżej linii likwidus. Wykres równowagi faz można rozpatrywać ogólnie jako dwa leżące obok siebie wykresy i odpowiednio odczytywać procesy zachodzące przy chłodzeniu wszystkich innych stopów. Np. w układzie z ograniczoną rozpuszczalnością np. składnika B w składniku A, stop L w temperaturze pokojowej składa się z kryształów α i kryształów Z. Przy ogrzewaniu kryształy α bogacą się w składnik B czerpiąc go od Z tak, że po osiągnięciu jednorodnego pola, stop składa się tylko z kryształów α. Należy bronić się przed błędnym poglądem, że przy rozpuszczaniu kryształów Z, molekuły Z są wbudowywane do kryształów αjako składowe części sieci. W rzeczywistości istnieje sieć A z wbudowanymi w nią atomami B.

W sieciach niektórych związków atomy jednego pierwiastka można zastąpić atomami innego pierwiastka. Sieć związku zachowuje swą charakterystyczną budowę, ale nie mamy jeż do czynienia ze związkiem o stałym stosunku m:n, lecz z kryształem roztworu stałego pierwiastka w związku międzymetalicznym γ

Układ z fazą międzymetaliczną:

Stop I reprezentowany przez linię I (kolor czarny) zaczyna krystalizować w temperaturze 1250^OC. W tej temperaturze z cieczy o składzie 95%A i 5%B wydzieli się w punkcie 1 pierwszy kryształ α o składzie 99%A i 1%B w punkcie 3. Skład cieczy będzie zmieniał się wzdłuż lini likwidus od punktu 1 do punktu 6 a skład kryształów będzie zmieniał się wzdłuż lini solidus od punktu 1' do 3. Od przekroczenia punktu 1' aż do punku 1'' występować będą kryształy fazy stałej roztworu oznaczane przez α. Po przekroczeniu punktu 1'', który znajduje się na linii granicznej rozpuszczalności zaczynają wydzielać się wtórne kryształy γ''. Od punktu 1” do punktu 11 zmienia się skład chem kryształów α.

Stop II reprezentowany przez linię II (kolor czerwony) zaczyna krystalizować w temperaturze 1100^OC. W tej temperaturze z cieczy o składzie 75% A i 25% B wydzieli się w punkcie 5 pierwszy kryształ fazy stałej α o składzie 95% A i 5% B punkt 4. Podczas dalszego chłodzenia skład cieczy będzie się zmieniał wzdłuż linii likwidus od punktu 5 do punktu E a skład kryształów będzie się zmieniał wzdłuż linii solidusod punktu 4 do punktu 7. Po osiągnięciu punktu 2 pojawi się nowy składnik strukturalny- eutektyka, to znaczy mieszanina α+γ. W tej temperaturze stop składa się z cieczy eutektycznej L oraz kryształów α. Zgodnie z regułą dzwigni ilościowy stosunek tych faz wynosi 45%L i 55%E. W temperaturze eutektycznej z cieczy wydzielają się równocześnie kryształy α i Z tworząc mieszaninę eutektyczną. Po zakrzepnięciu stop będzie się składał z pierwotnie wydzielonych kryształów α na tle eutektyki. Przy dalszym ostyganiu żadne zmiany w strukturze stopu już nie zachodzą.

Stop III reprezentowany przez linię III (kolor niebieski) rozpoczyna krzepnięcie w temperaturze 1150^OC. W tej temperaturze z cieczy o składzie 80%γ i 20%B wydzieli się w punkcie 3 pierwszy kryształ γ. Podczas dalszego ochładzania skład cieczy będzie się zmieniał wzdłuż linii likwidusod punktu 3 do punktu 10, a skład kryształów wzdłuż linii solidus od punktu 8 do punktu 3'. Po osiągnięciu punktu 3' pojawią się kryształy stałej fazy γ. Po ochłodzeniu do punktu 3''. który znajduje się na linii granicznej rozpuszczalności B w γ zaczną wydzielać się wtórne kryształy B''. Od punktu 12 do punktu 3” zmienia się skład chem kryształów γ

3

4

0

100

80

60

40

20

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

III

II

I

1

1'

1''

2

3

3'

3''

A

B

L+α

α

α+'

E

α+E+

L+

γ

L+γ

B+L

γ+B''

γ+E+B

E

---