Robert Maniura

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 17: Analiza termiczna. Wyznaczanie krzywych krzepnięcia stopów.

1. Wyniki ćwiczenia:

Czas	Stop A	Stop B	Stop C	Stop D	Stop E	Czas	Stop A	Stop B	Stop C	Stop D	Stop E
15"	191	201	146	154	153	15'15"	117	122	110	114	113
30"	190	200	145	153	152	15'30"	116	121	110	114	112
45"	189	199	145	152	151	15'45"	116	120	110	113	111
1'00"	188	198	144	151	150	16'00"	115	119	110	113	110
1'15"	187	197	143	151	149	16'15"	115	118	110	112	109
1'30"	186	196	142	150	149	16'30"	115	117	110	112	109
1'45"	184	195	141	149	148	16'45"	114	116	110	111	108
2'00"	183	194	141	148	148	17'00"	114	116	110	109	107
2'15"	182	193	140	147	147	17'15"	114	115	110	108	106
2'30"	181	192	139	146	147	17'30"	113	115	110	107	106
2'45"	179	190	138	145	146	17'45"	113	115	110	105	106
3'00"	178	189	137	144	146	18'00"	113	114	109	104	105
3'15"	177	188	136	143	145	18'15"	112	114	109	103	105
3'30"	176	186	135	142	145	18'30"	112	114	109	102	105
3'45"	174	185	134	141	144	18'45"	112	114	109	100	105
4'00"	173	183	133	140	144	19'00"	111	113	109		105
4'15"	172	182	132	139	143	19'15"	111	113	109		105
4'30"	170	180	131	138	143	19'30"	111	113	109		105
4'45"	169	179	130	137	142	19'45"	110	113	108		105
5'00"	168	177	129	136	142	20'00"	110	113	108		105
5'15"	167	176	128	135	141	20'15"	110	112	108		105
5'30"	165	174	127	134	141	20'30"	109	112	107		104
5'45"	163	173	126	133	140	20'45"	109	112	107		104
6'00"	162	171	125	132	140	21'00"	109	112	107		104
6'15"	161	169	124	131	139	21'15"	108	112	106		104
6'30"	159	168	123	130	139	21'30"	108	112	106		104
6'45"	158	167	122	129	138	21'45"	107	111	105		103
7'00"	156	165	121	128	138	22'00"	107	111	104		103
7'15"	155	164	120	127	137	22'15"	106	111	104		102
7'30"	154	162	119	126	136	22'30"	105	111	103		101
7'45"	152	161	118	125	135	22'45"	104	111	102		100
8'00"	151	159	118	124	135	23'00"	103	111	101		99
8'15"	150	158	117	123	134	23'15"	102	111	100
8'30"	148	156	116	122	133	23'30"	101	111
8'45"	147	155	116	121	132	23'45"	100	110
9'00"	145	153	115	121	132	24'00"	99	110
9'15"	144	152	114	120	131	24'15"	97	110
9'30"	142	151	114	119	130	24'30"		110
9'45"	141	149	113	118	130	24'45"		110
10'00"	140	148	113	117	129	25'00"		110
10'15"	139	146	112	117	128	25'15"		110
10'30"	137	145	112	117	127	25'30"		109
10'45"	136	143	112	117	127	25'45"		109
11'00"	135	142	111	117	126	26'00"		109
11'15"	134	141	111	117	125	26'15"		109
11'30"	132	140	111	117	124	26'30"		109
11'45"	131	138	111	117	123	26'45"		109
12'00"	130	137	111	117	123	27'00"		109
12'15"	129	136	111	117	122	27'15"		108
12'30"	128	134	111	117	121	27'30"		108
12'45"	127	133	111	116	120	27'45"		108
13'00"	126	132	111	116	119	28'00"		107
13'15"	125	131	111	116	119	28'15"		106
13'30"	123	130	111	116	118	28'30"		105
13'45"	122	128	111	116	117	28'45"		104
14'00"	121	127	111	116	117	29'00"		103
14'15"	120	126	111	116	116	29'15"		102
14'30"	119	125	111	115	115	29'30"		101
14'45"	118	124	110	115	114	29'45"		100
15'00"	117	123	110	115	113

2. Opis teoretyczny:

Dwa składniki, z których jeden nazywać będę nazywał metalem A, a drugi metalem B, tworzą po stopieniu stopy, których przebieg topienia i krzepnięcia zależy od procentowej zawartości składników. Głównym celem analizy termicznej jest wyznaczanie temperatury początku i końca krzepnięcia stopu.

W celu przedstawienia procesu przemian podczas krzepnięcia stopów dwuskładnikowych można posłużyć się specjalnym układem odniesienia, ujmującym dwie zależności: skład chemiczny i temperaturę. Oś pozioma służy do oznaczania składu chemicznego stopu. W lewym początkowym punkcie układu zawartość metalu A wynosi 100%. Nie ma tu oczywiście metalu B, czyli można napisać, że zawartość metalu B w początkowym punkcie układu wynosi 0%.

Skład chemiczny stopów zawierających składnik B w ilościach wzrastających oznaczony jest na osi poziomej z równomierną podziałką. Tuż obok punktu, w którym zawartość składnika A wynosi 100%, znajduje się punkt, w którym tego składnika jest 80%, lecz za to składnika B - 20%. W dalszych punktach oznacza się stopy zawierające 60% A i 40% B, 40% A i 60% B, itd. aż do punktu, w którym składnika A nie ma zupełnie w stopie, a zawartość składnika B wynosi 100%.

Układ odniesienia stopów podwójnych ograniczony jest po obu stronach dwiema pionowymi osiami. Są to osie temperatury. Obie te osie mają jednakową podziałkę.

Posługując się wynikami analizy termicznej, można dla różnych stopów wyznaczyć na wykresie punkty początku i końca krzepnięcia. Punkty te połączone odpowiednio ze sobą dadzą na wykresie linie początku i końca krzepnięcia wszystkich stopów, które można sporządzić ze składników A i B. Ponieważ podczas krzepnięcia faza ciekła znajduje się w stanie równowagi z fazami stałymi, przeto układy te nazywa się układami równowagi faz.

Rozpatrując układy równowagi faz stopów podwójnych utworzonych z różnych składników, można stwierdzić, że każdy z nich jest inny. Jednakże odrębność tych układów można ograniczyć do kilku zasadniczych typów.

Układ równowagi faz tworzących mieszaniny składników. Układ ten charakteryzuje się tym, że podczas krzepnięcia współistnieją obok siebie nie mieszane kryształki metalu A i B. Mieszanina składników A i B, w której podczas krzepnięcia powstają podobnej wielkości kryształki obu składników nazywa się mieszaniną eutektyczną, a punkt przedstawiający ten fakt na wykresie fazowym - punktem eutektycznym.

Układ równowagi faz stopów tworzących roztwory stałe ciągłe. Układ ten charakteryzuje się tym, że podczas krzepnięcia powstają kryształki mieszane o takim samym składzie i budowie wewnętrznej zwanej budową komórkową. Ten opis układu jest teoretyczny gdyż w praktyce powstają kryształy o strukturze dendrycznej, tzn. ich skład chemiczny wewnątrz jest różny od składu na zewnątrz kryształu.

Układy równowagi faz stopów tworzących roztwory stałe ograniczone. W wielu stopach występują roztwory stałe ograniczone. Wynika to z tego, że w niektórych metalach mogą się w stanie stałem rozpuszczać pewne ilości innych metali. Sieć przestrzenna takich roztworów przyjmuje do swych obszarów atomy innego metalu w ograniczonej liczbie.

Istnieją dwa rodzaje układów równowagi, w których występują roztwory z ograniczoną rozpuszczalnością. Jednym z nich jest układ z przemianą eutektyczną, drugim - układ z przemianą perytektyczną.

3. Opis ćwiczenia:

Na grzejniku elektrycznym topiłem kolejno zawartość tygli:

Tygiel A - 14%Sn i 86%Bi

Tygiel B - 30%Sn i 70%Bi

Tygiel C - 45%Sn i 55%Bi

Tygiel D - 58%Sn i 42%Bi

Tygiel E - 72%Sn i 28%Bi

Umieściłem termometr oporowy w osłonie umieszczonej w tyglu i mierzyłem temperaturę krzepnięcia co 15 sekund.

4. Opracowanie wyników:

Krzywe ostygania stopów wykreślone są na papierze milimetrowym, dołączone są do sprawozdania.

Punkty załamań i zatrzymań temperatur:

	Temperatura początku krzepnięcia stopu	Temperatura końca krzepnięcia stopu
Stop A	117	107,5
Stop B	115	107
Stop C	111	108
Stop D	119	111
Stop E	106	103,5

Diagram fazowy ciecz ciało stałe dla badanego układu zamieszczony również na papierze milimetrowym dołączonym do sprawozdania.

5. Dyskusja na temat uzyskanych rezultatów:

Ponieważ zostały popełnione błędy podczas pomiarów, zwłaszcza przy dwóch ostatnich tyglach (stopach) nie można wykreślić w miarę przybliżonego diagramu fazowego dla badanego układu. Z wyników uzyskanych z trzech pierwszych tygli można przypuszczać, iż jest to układ równowagi faz tworzących mieszaniny składników. Układ taki posiada punkt eutektyczny, który w przybliżeniu może przedstawić skład chemiczny stopu (mieszaniny eutektycznej). Skład chemiczny odczytuje się z wykresu. Mieszanina eutektyczna cechuje się tym, że podczas krzepnięcia tworzą się podobnej wielkości kryształki nie mieszane obu składników. Porównując otrzymane wyniki z wykresem literaturowym można zauważyć duże odchylenia w wartościach otrzymanych i odczytanych z załączonego wykresu literaturowego. Według tego wykresu punkt eutektyczny wyznaczony jest przez skład stopu ok. 45 % Sn (co by odpowiadało doświadczalnemu tyglowi C), a z otrzymanych wyników punkt eutektyczny wyznaczony jest przez skład stopu ok. 52% Sn. Błędy jakie zaistniały w czasie doświadczenia są skutkiem niedokładnych pomiarów i wartości tych błędów są dość znaczne.

1

3

---