Wydział Matematyki, Techniki i Nauk Przyrodniczych

Instytut Techniki

PRACOWNIA MATERIAŁOZNAWSTWA

METALI

TEMAT: Układy równowagi z eutektyką z ograniczoną rozpuszczalnością w stanie stałym.

Wykonali:

Karolina Rocławska

Tomasz Podleszański

Daniel Rydzyński

II WT gr. f

BYDGOSZCZ 2003

SPIS TREŚCI

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z konstrukcją układu fazowego dwuskładnikowego z eutektyką o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym.

1. Wiadomości ogólne.

Układ równowagi fazowej dwu metali A i B, które całkowicie rozpuszczają się wzajemnie w stanie ciekłym, a tylko ograniczenie w stanie stałym, tworząc eutektykę przedstawiono na rysunku. Oprócz ciekłego roztworu występują wówczas dwie fazy: kryształy roztworu stałego składnika B w składniku A (oznaczone jako kryształy  oraz kryształy roztworu stałego składnika A w składniku B (oznaczone jako kryształy β). Pionowa linia 2-3 określa graniczną rozpuszczalność składnika B w składniku A, a linia pionowa 5-6 określa graniczną rozpuszczalność składnika A w składniku B. Kryształy B po osiągnięciu składu chemicznego danego punktem 3, a kryształy β - punktem 6 stają się roztworami nasyconymi.

Stopy o składach pomiędzy punktami A-3 oraz 6-B krzepną podobnie jak roztwory stałe ciągłe w stanie stałym zbudowane są z jednorodnych kryształów roztworu  lub . Tak na przykład krzepnięcie stopu I według rysunku rozpoczyna się w temperaturze punktu 7 i polega na wydzielaniu się z cieczy, o składzie chemicznym zmieniającym się wzdłuż linii likwidus od punktu 7 do punktu 10, kryształów roztworu stałego  o składzie chemicznym zmieniającym się wzdłuż linii solidus od punktu 8 do punktu 9, aż do całkowitego wyczerpania cieczy.

Środkowa część układu, obejmująca stopy o koncentracji pomiędzy punktami 3 i 6, jest zupełnie podobna do poprzednio omówionego przypadku eutektyki, z tą jednak różnicą, że przy krzepnięciu początkowo wydzielać się będą kryształy roztworu stałego  lub , w zależności od tego, czy będą to stopy podeutektyczne czy nadeutektyczne. Ponadto linia eutektyczna 2-E-5 nie sięga do pionowych odpowiadających czystym składnikom, jak to było przy całkowitym braku rozpuszczalności w stanie stałym, lecz kończy się w punktach 2 oraz 5, odpowiadających nasyconym roztworom _ i _ (eutektyka jest więc w tym przypadku mieszaniną obu nasyconych roztworów stałych  i ). Dla przykładu omówiony będzie przebieg przemian przy chłodzeniu stopu podeutektycznego II według rysunku. Stop taki zaczyna krzepnąć w temperaturze punktu II. Z cieczy o zmieniającym się składzie chemicznym 12-2. Po osiągnięci temperatury eutektycznej stop składa się z cieczy eutektycznej (L_E) oraz kryształów (β). Zgodnie z regułą dźwigni ilościowy stosunek tycz faz wynosi:

W temperaturze eutektycznej z cieczy wydzielają się równocześnie kryształy _ i _, tworząc mieszaninę eutektyczną. Po zakrzepnięciu stop będzie się składał z pierwotnie wydzielonych kryształów _ na tle eutektyki. Przy dalszym ostyganiu żadne zmiany w strukturze stopu już nie zachodzą. Składniki fazowe strukturalne, występujące w poszczególnych polach układu, podano na rysunku.

2) Wykres układu fazowego dwuskładnikowego z eutektyką o ograniczonej rozpuszczalności.

Dla tego typu wykresów rozróżniamy dwa rodzaje kryształów roztworu stałego. Jeden ze składników lub oba są w stanie przyjąć do swojej sieci ograniczoną liczbę atomów drugiego składnika.

⁰C

A

1300 1 I II C - ciecz III 1200

1100

1000

900

800

700 E

600 β

500 α

400

300 α+β α+E+β

200

100

0 20 40 60 80 100

Przy powstawaniu kryształów roztworu można więc ograniczyć się w wyborze składu do dwóch małych obszarów. Leżący między nimi obszar braku rozpuszczalności stanowi tzw. Zakres mieszanin roztworów.

2.1) Omówienie stopu I

Zawartość składnika B / zawartość składnika A =

Powyżej punktu 1` stop jest cieczą. Po przekroczeniu linii likwidus następuje początek krystalizacji. Tworzą się kryształy (α) A. W punkcie pierwszym zawartość cieczy wynosi 5% składnika A i 95% składnika B. Zawartość kryształów wynosi 100% A. Ochładzając stop do temp. 1000⁰C punkt 1'' leżącego na linii solidus zanika ciecz. Po przekroczeniu tej linii występuje roztwór składnika B w A ( kryształy α ).

2.2) Omówienie stopu II

Zawartość składnika B / zawartość składnika A =

Powyżej punktu 2' stop jest cieczą. Dopiero po przekroczeniu linii likwidus zaczynają pojawiać się pierwsze kryształy α występujące jeszcze wraz z cieczą. W punkcie drugim zawartość cieczy wynosi 35% składnika A i 65% składnika B. Zawartość kryształów  wynosi 85% B + 15% A. Ochładzając stop do temperatury 700⁰C punkt 2 leżący na linii eutektycznej następuje zanik cieczy, a powstał stop ciała stałego składający się z eutektyki wraz z kryształami  i α.

2.3) Omówienie stopu III

Zawartość składnika B / zawartość składnika A =

Powyżej punktu 3' występuje ciecz. Zawartość kryształów wynosi 100% A. Pomiędzy punktami 3` i 3 zaczynają pojawiać się pierwsze kryształy  występujące wraz z cieczą. Po ochłodzeniu stopu poniżej temperatury 800⁰C, poniżej linii solidus, tworzy się czysty kryształ β. Gdy kryształ ten zostanie schłodzony poniżej temp. 550⁰C (pkt. 3'') tworzą się kryształy  i wtórne kryształy A.

3) Literatura:

• Wilhelm Domke „Vademecum materiałoznawstwa” WNT, W-wa 1977

• Dobrzański L.A, Nowosielski R „Metody badań metali i stopów” T1 i T2 Wyd Politechniki Śląskiej, Gliwice 1986.

• Janas R, „Materiałoznawstwo z ćwiczeniami laboratoryjnymi” PWN W-wa 1987.

2

A+C

---