1.Wstęp teoretyczny.

1.1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było wyznaczenie zakresów temperatur, w których zachodzą przemiany fizyczne i chemiczne dla danego stopu metali. Aby zobrazować wyniki otrzymane w doświadczeniu, sporządzona zostanie krzywa będąca podstawą wniosków wyciągniętych z ćwiczenia.

1.2. Przedstawienie metody.

W tyglu umieszcza się stop metalu, który będzie badany podczas ćwiczenia. Aby stopić znajdujący się w nim stop, tygiel musi zostać podgrzany. W trakcie ćwiczenia stop podgrzewa się do temperatury około 350 ^oC, po czym wyłącza się ogrzewanie, aby stop wrócił do stanu stałego. Następnie w tyglu umieszczamy rurkę, w której znajduje się termopara. Za jej pomocą obserwuje się zmiany temperatury stopu. Odczyt temperatury stopu wykonuje się co 2 minuty. Po zgromadzeniu wszystkich, potrzebnych danych można wyznaczyć krzywą nagrzewania i chłodzenia stopu.

1.3. Termopara.

Jako czujnik temperatury w ćwiczeniu wykorzystano termoparę, czyli element obwodu elektrycznego wykonanego z dwóch, cienkich drutów, które zaś utworzono z różnych metali. Aby wyjaśnić działanie termopar, trzeba odwołać się do elektronowej budowy metali. Metal składa się z jonów dodatnich tworzących sieć krystaliczną i swobodnych elektronów poruszających się pomiędzy jonami. Koncentracja elektronów swobodnych jest różna w różnych metalach i zależy od temperatury. Na styku dwóch metali przeskakują elektrony z metalu o większej koncentracji do metalu o mniejszej koncentracji w skutek czego jeden z metali ładuje się dodatnio, a drugi ujemnie. Powstające pole elektryczne przeciwdziała przepływowi ładunku. Ustala się stan równowagi dynamicznej. Różnica potencjałów powstająca na styku metali nazywana jest kontaktową różnicą potencjałów, a jej wartość zależy od rodzaju stykających się metali oraz temperatury złącza. W przypadku obwodu zamkniętego złożonego z dwóch różnych metali, w których temperatury złącz są jednakowe, napięcie powstające na jednym ze złącz jest kompensowane przez napięcie na drugim złączu. W obwodzie prąd nie płynie. Jeżeli temperatury złącz są różne, to napięcie na jednym złączu jest różne od napięcia na drugim i w obwodzie pojawi się siła termoelektryczna powodująca przepływ prądu.

1.4. Układ dwufazowy stopu metali.

Struktury stopów metali możemy podzielić na jedno- lub wielofazowe. Faza to jednorodna część stopu, która oddzielona jest od pozostałej części stopu granicą międzyfazową. Między różnymi fazami bardzo często zachodzą różnice w ich właściwościach. Z kolei układ to zbiór faz, które są w stanie równowagi termodynamicznej. Układ, który jest badany w ćwiczeniu jest układem dwufazowym, czyli posiada w swojej strukturze dwie fazy.

1.5. Układ Pb-Sn.

Gdy składniki stopu nie ulegają przemianom w stanie stałym i nie występują między nimi żadne oddziaływania chemiczne to można przedstawić na wykresie temperaturę początkową i końcową krzepnięcia. Temperaturę początkową krzepnięcia wyznaczamy linią likwidus, a temperaturę końcową krzepnięcia -solidus. W zależności od procentowego składu danego stopu, temperatury te zmieniają się. Poniżej ukazano diagram układu Pb-Sn: