Paweł Piotrowski	Grupa 103; L07	Laboratorium z Materiałoznawstwa
Analiza termiczna
Rok Akademicki 2008/2009	Data:	Ocena: Popis:

Analiza termiczna

Równowaga fazowa – występuje, gdy stosunki ilościowe między fazami układu, tj. skład fazowy pozostają stałe.

Równowaga termodynamiczna – jest funkcją stanu układu.

Równowaga termodynamiczna – oznacza stan, w którym makroskopowe parametry układu, takie jak ciśnienie, objętość i wszystkie funkcje stanu, są stałe w czasie. Na równowagę termodynamiczną składają się: równowaga chemiczna (brak makroskopowego przepływu cząstek i reakcji chemicznych), mechaniczna (nie występują niezrównoważone siły) i termiczna (nie występuje przepływ energii).

Składniki układu – tak nazywamy pierwiastek lub związek niezbędny do utworzenia wszystkich faz występujących w całym układzie, np. stop żelaza z węglem, gdzie żelazo i węgiel są składnikami, natomiast ciekły węgiel w żelazie tworzy roztwory stałe węgla Fe - α ferryt), Fe - γ (austenit) oraz Fe₃C (cementyt), które są fazami.

Układ – jest to zbiór faz.

Faza – jest to część układu jednorodna pod względem fizycznym i krystalograficznym, oddzielona od reszty układu resztą międzyfazową (α, β, γ, …).

Istnieją układy jednoskładnikowe (H₂O) – pojedyncze, Dwuskładnikowe – podwójne.

Fazy międzymetaliczne - Składniki stopu w stanie stałym mogą tworzyć też tzw. fazę międzymetaliczną, charakteryzującą się odmienną siecią krystaliczną niż sieci krystaliczne jej składników.

Stopień swobody - Dla układów termodynamicznych jest to liczba zmiennych stanu, które można zmieniać niezależnie od pozostałych zmiennych. Liczba stopni swobody układu jest w termodynamice zwykle oznaczana literą s.

Likwidus – linia powyżej, której znajduje się ciecz.

Solidus – linia poniżej, której znajduje się ciało stałe.

Energia swobodna – jest jednoznaczną funkcją stanu układu, np. energia Helmoltza (F) jest to układ o stałej temperaturze i objętości.

F= E – TS

E – energia wewnętrzna

S – entropia

Reguła faz (Gibbsa) – określa liczbę stopni swobodnych [S] układu, tzn. liczbę zewnętrznych czynników, które można zmieniać nie powodując zmiany liczby faz w układzie.

S = n – f + 1

n – liczba składników

f – liczba faz

S = 0 – jest to układ niezmienny

S = 1 – jest to układ jednozmienny

S = 2 – jest to układ dwuzmienny, można zmienić dwa czynniki

Reguła dźwigni (reguła odcinków) – służy do określania procentowego udziału faz w stopie przy danej temperaturze w stanie równowagi.

Segregacja dendrytyczna

Jeżeli szybkość chłodzenia jest duża to poszczególne obszary dendrytów będą miały różny skład chemiczny. Segregacji dendrytycznej sp rzyja duża różnica temperatury miedzy liniami likwidus i solidus oraz mała szybkość dyfuzji składników.

Przemiany fazowe

Przemiana perytektyczna - polega na reakcji cieczy z wcześniej wydzielonymi kryształami fazy stałej, w wyniku której powstają kryształy odmiennej fazy stałej.

L + α ↔ β

Przemiana eutektyczna - polega na równoczesnym wydzielaniu sie z roztworu ciekłego przynajmniej dwóch faz stałych.

L ↔ a + β

mieszanina

eutektyczna

(eutektyka)

Przemiana eutektoidalna - polega na równoczesnym

wydzielaniu sie z fazy stałej przynajmniej dwóch odmiennych

faz stałych.

α ↔ β + γ

Ponieważ podczas wszystkich tych przemian współistnieją ze sobą trzy fazy, to w układach dwuskładnikowych zachodzą one przy liczbie stopni swobody równej ZERO -> temperatura przemiany oraz składy chemiczne faz ulęgających przemianie są stałe – niezależne od składu chemicznego stopu.

Wykresy równowagi fazowej

Wykres fazowy dla składników o nieograniczonej rozpuszczalności składników w stanie stałym

L - roztwór ciekły

α - roztwór stały ciągły

Wykres fazowy dla składników nierozpuszczających się wzajemnie w stanie stałym

Wykres fazowy z przemianą eutektyczną gdy składniki rozpuszczają się w stanie stałym

Wykres fazowy z przemianą perytektyczną

Zmiany struktury stopów pod wpływem zmiany temperatury

Zmiany mikrostruktury w stopie podeutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie nadeutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie eutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie podeutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie podeutektycznym w którym nie zachodzi przemiana eutektyczna, podczas bardzo powolnego chłodzenia

Ćwiczenie

• CEL

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem wyznaczania krzywych chłodzenia, sposobem konstrukcji wykresów równowagi fazowej oraz strukturami metali i stopów.

• PRZEBIEG

Tabela przedstawia zestawienie temperatury [⁰C] oraz wartości mikrowoltomierza mierzonych przez 4,5 minuty przy odczytach pomiarów co 30 sekund. 

Czas	Mv	T ^0C
30	9,2	251
60	9,1	248
90	9,0	245
120	8,9	242
150	8,8	239
180	8,7	236
210	8,6	232
240	8,6	232
270	8,6	232

Wyniki pomiarów zostały umieszczone również na wykresie w układzie temperatura – czas.

• WNIOSEK

Przemiana czystego metalu – cyny ze stanu ciekłego w stały zaszła w temperaturze 232⁰C.