Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Laboratorium materiałoznawstwa
Ćwiczenie Nr: 2.	Temat ćwiczenia: Analiza Termiczna		Ireneusz Woźniak
Data wykonania ćwiczenia: 25.03.12		Ocena :	Wydział MiBM

I. Wstęp teoretyczny

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

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

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

 

II. Cel Ćwiczenia

Zapoznanie się ze sposobem wyznaczania równowagi fazowej oraz krzywych chłodzenia metali i stopów.

III. Materialny do Ćwiczeń

Czysta cyna.

IV. Przebieg Ćwiczenia

W poszczególnych piecach znajdują się tygielki z rozpuszczonymi stopami,w których zanurzone są termopary ze szkła kwarcowego. Od chwili rozpoczęcia obniżania się temperatury w piecach należy robić odczyty miliwoltomierzem co 30 sekund (za pomocą tablic przelicza się wskazania miliwoltomierza na temperaturę).W celu uzyskania prawidłowego odczytu uwzględniamy temperaturę otoczenia.

Połączenie uzyskanych punktów w układzie współrzędnych: temperatura[C]-czas[s] pozwoli uzyskać krzywe chłodzenia. Należy zwrócić szczególną uwagę na przebieg krzywych chłodzenia w zależności od składu stopu oraz przeanalizować zjawisko zachodzące podczas krzepnięcia.

6

---