Data wyk. ćwiczenia : 08.01.2002

AKADEMIA BYDGOSKA

MATERIAŁOZNAWSTWO METALI

Temat: Układy fazowe z fazą międzymetaliczną.

Grupa d

Marcin Łyszcz

Mariusz Lenc

Tomasz Jędrzyński

Spis treści:

1. Wstęp. str.3

2. Dwuskładnikowy układ równowagi z fazą-

międzymetaliczną. str.4

3. Ćwiczenie. str.5,6

4. Wnioski. str.7

1.WSTĘP

Na podstawie ustalonych wykresów (układów) równowagi faz można odczytać zakresy stabilności gaz ciekłych i stałych występujących w danym układzie w zależności od temperatury i składu chemicznego. Jeżeli w układzie występują dwa, trzy, cztery lub więcej składników, to odpowiednio mówimy o wykresach równowagi faz dla stopów podwójnych, potrójnych, poczwórnych itd. Stopniowe poznawanie prostych, podwójnych wykresów równowagi faz , następnie wykresów równowagi faz dla stopów potrójnych, poczwórnych itd.

Wykresy równowagi faz są słuszne tylko w przypadku bardzo powolnego ( nieskończenie wolnego ) chłodzenia stopów, kiedy przy każdej temperaturze ustalają się stany równowagi termostatycznej między fazami. Ze wzrostem prędkości chłodzenia niektóre krzywe na wykresie równowagi faz, jak również pola między krzywymi przesuwają się coraz bardziej ku niższym temperaturom i równowaga między fazami już nie zachodzi.

Złożone wykresy równowagi faz mają wiele pól między krzywymi równowagi (wykres Cu - Zn, zawierający m. in. stopy zwane mosiądzami, ma 22 takie pola ). Te wykresy złożone można przedstawiać za pomocą kilku typów wykresów podstawowych.

3.DWUSKŁADNIKOWY UKŁAD RÓWNOWAGI Z FAZĄ MIĘDZYMETALICZNĄ.

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 sieć własną, strukturę typową dla związku, w której atomy obu składników A i B są wbudowane w odpowiednim związkowi stosunku m : n (oznaczamy Z). I tak np. w związku Al₂Cu stosunek Al. do Cu równa się 2 : 1.

Powszechnie przyjęte w chemii przedstawianie molekuł nie odnosi się do związków międzymetalicznych ze względu na ich wiązania metaliczne.

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 międzymetaliczny jest trwały poniżej linii likwidusu.

Przedstawiony na rysunku wykres równowagi faz można rozpatrywać ogólnie jako dwa leżące obok siebie wykresy i odpowiednio odczytywać procesy zachodzące przy chłodzeniu wszystkich innych stopów.

3. Ćwiczenie.

Opis stopu L₁:

• stop zaczyna krzepnąć w temperaturze 1150°C.(pkt. 1),

• wydzielają się kryształy roztworu α,

- stop ten nie osiągną stałej temperatury eutektyki a podczas dalszego chłodzenia zaczną wydzielać się tylko kryształy α (pomiędzy pkt.2 a 3),

- po skrzepnięciu w miarę chłodzenia mogą w stopie zachodzić jeszcze przemiany z zakresu rozpuszczalności w stanie stałym. Z kryształów α w miarę obniżania się temperatury wydzielać się będą wtórne kryształy γ₁ .

Dla stopu L₁ zawartość wagowa faz wynosi:

55,4% fazy pierwotnych kryształów α, a 45,5% fazy ciekłej o składzie punktu c”

Dla cieczy o składzie c” zawartość poszczególnych składników wynosi:

33,6% zawartość składnika Z, a 66,4% zawartość składnika A

Opis stopu L₂:

• stop ten zaczyna krzepnąć w temp 950°C (pkt. 4),

• wydzielają się kryształy roztworu γ₁ ,

- przy dalszym chłodzeniu stop osiąga linię eutektyki (600°C) pkt.5, po przekroczeniu jej z cieczy wydzielają się równocześnie kryształy α i γ₁, co zachodzi aż do całkowitego wyczerpania się cieczy.

Dla stopu L₂ zawartość wagowa faz wynosi :

64,7% fazy ciekłej o składzie pkt. d', a 35,3% fazy pierwotnych kryształów γ_1.

Dla cieczy o składzie pkt. d' zawartość poszczególnych składników wynosi:

12,8% zawartość kryształów A, a 87,2% zawartości składnika Z

Opis stopu L₃:

• stop zaczyna krzepnąć w temperaturze 950°C.(pkt. 7),

• podczas dalszego chłodzenia wydzielają się kryształy γ₂,

• podczas dalszego chłodzenia stop osiąga temperaturę eutektyczną (880°C, pkt.8),po przekroczeniu tej temperatury z cieczy wydzielają się równocześnie kryształy γ₂ i α, co zachodzi aż do całkowitego wyczerpania się cieczy.

Dla stopu L₃ zawartość wagowa faz wynosi:

60% fazy pierwotnych kryształów γ₂ , a 40% fazy ciekłej o składzie punktu h”,

Dla cieczy o składzie h” zawartość poszczególnych składników wynosi:

28,6% zawartość składnika Z, a 71,4% zawartość składnika B.

4.WNIOSKI.

Różnica występująca pomiędzy układem z fazą międzykrystaliczną, a rozpatrywanymi uprzednio układami (perytektyką) jest następująca: w przemianie perytektycznej bez występowania związku międzymetalicznego roztwór stały ma sieć opartą na sieci jednego ze składników, natomiast związek międzykrystaliczny, trwały poniżej linii solidusu, tworzy kryształy oparte na sieci własnej związku miedzykrystalicznego.

2

---