Akademia Bydgoska

im. Kazimierza Wielkiego

w Bydgoszczy

Wydział Matematyki Techniki i Nauk Przyrodniczych

INSTYTUT TECHNIKI

NAUKA O MATERIAŁACH - LABORATORIUM

Temat: Układy fazowe dwuskładnikowe z eutektyką z brakiem rozpuszczalności w stanie stałym.

Spis treści

1. Wstęp....................................................................................................

2. Wykresy i obliczenia............................................................................

2.1 Pierwszy stop.................................................................................

2.2 Drugi stop......................................................................................

2.3 Trzeci stop.....................................................................................

3. Wnioski.................................................................................................

4. Literatura................................................................................................

1. Wstęp.

Najprostszą metodą wyznaczania układu równowagi fazowej jest analiza cieplna stopów, oparta na pomiarze zmian temperatury podczas równomiernego nagrzewania lub studzenia stopu.

Rozpatrzymy układ, w którym metale A i B w stanie ciekłym rozpuszczają się w sobie całkowicie, a w stanie stałym nie rozpuszczają się wcale i tworzą tzw. mieszaninę dwu metali. Dla uproszczenia założymy, że poszczególne stopy A i B różnią się składem chemicznym, a więc np.:

stop 1 - 80% metalu A i 20% metalu B,

stop 2 - 60% metalu A i 40% metalu B,

stop 3 - 40% metalu A i 60% metalu B,

stop 4 - 20% metalu A i 80% metalu B,

poddajemy każdy z tych stopów ogrzaniu i chłodzeniu, zapisując jednocześnie w jednakowych odstępach czasu temperaturę. Po naniesieniu wyników pomiaru na układ współrzędnych otrzymujemy następujący wykres (rys. 1).

Zmiany fazowe łączą się ściśle ze zmianą energii wewnętrznej stopu i towarzyszy im zawsze wydzielanie lub pochłanianie ciepła, a na krzywych temperatur następują przystanki, gdy zachodzi przemiana fazowa.

Z rysunku 1 widać, że stop 1 rozpoczyna krzepnięcie przy temperaturze t₁, w której wykrystalizowuje się czysty metal A, wobec czego ciecz ubożeje w metal A i skład jej zmienia się wraz obniżeniem temperatury. Wykrystalizowany z cieczy metal nazywamy metalem pierwotnym.

t A 1 2 3 4 B t A 1 2 3 4 B

t_A

t₁

t_B

t₂

t₄

_E t₃

Czas 0

Rys.1 Wykreślenie podwójnego układu równowagi metali A i B na podstawie krzywych ogrzewania i chłodzenia.

W temperaturze t₃ ciecz ma skład odpowiadający punktowi E, w tym momencie zaczyna krystalizować mieszanina obu metali. Punkt E nazywamy punktem eutektycznym, a tworzącą się mieszaninę eutektyczną lub eutektyką.

Przebieg krzepnięcia stopu 4 jest podobny, jak stopu 1, przy czym w temperaturze t₄ wykrystalizowuje czysty metal B. Stopy leżące na lewo od punktu E nazywamy podeutektycznymi. Stopy leżące na prawo od punktu E nazywamy nadeutektycznymi.

Każdy podwójny układ równowagi fazowej składa się z oddzielnych pól ograniczonych liniami, z których każde przedstawia zakres istnienia w stanie równowagi określonych faz.

Dla każdego stopu można w każdej temperaturze wyznaczyć wagową zawartość poszczególnych faz za pomocą reguły dźwigni. W tym celu zakładamy, że odległość mierzona wg prostej poziomej między poszczególnymi fazami wynosi wagowo 100%. Wówczas poszczególne odcinki poziome, mierzone w tej samej skali mają się do siebie w stosunku odwrotnym do zawartości procentowej poszczególnych faz lub składników.

L

a b c d

0 20 40 60 80 100%

A B

Reguła dźwigni nie może by użyta do wyznaczania ilości składników strukturalnych stopu, jeżeli składają się one z więcej niż jednej fazy, gdyż w wielu przypadkach daje ona wówczas fałszywe wyniki. Przykładowo stosunek wagowy zawartości w stopie L pierwotnych kryształów A_I do eutektyki może być określony przy pomocy reguły dźwigni tylko w temperaturze gdy stop eutektyczny jest jedną fazą, tzn. na poziomej linii eutektyki.. podana zasada ma zastosowanie do wykresów równowagi faz również w przypadku ograniczonej rozpuszczalności składników w stanie stałym.

3. Wnioski.

W każdym stopie tego układu równowagi podczas krystalizacji występują dwie fazy. Po zakończonym krzepnięciu w stopie istnieją tylko kryształy czystego pierwiastka A lub B, występującego jako gruboziarniste kryształy pierwotne lub jako drobne kryształy w eutektyce. Wykres zatem ma pola, w których występuje jedna faza - są to pola jednorodne lub pola, w których występuje mieszanina dwóch faz - są to pola niejednorodne.

4. Literatura.

1. Roman Janas „Materiałoznawstwo z ćwiczeniami laboratoryjnymi”

Warszawa 1987 Państwowe Wydawnictwo Naukowe.

2. Stanisław Rudnik „Metaloznawstwo”

Warszawa 1998 Państwowe Wydawnictwo Naukowe.

II rok WT grupa B\c

dnia 21.11.2001r.

ćwiczenie wykonali:

Kiciak Marcin

Karpowicz Łukasz

Kolebacz Daniel

3

6

6

8

10

12

13

Temperatura

---