ANALIZA CIEPLNA STOPU METALI

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z metodą analizy cieplnej i doświadczalne wyznaczenie linii likwidusu oraz solidusu dla niskotopliwego stopu dwuskładnikowego Pb - Sn.

2. Wyposażenie stanowiska.

Stanowisko badawcze jest wyposażone w piec oporowy, tygle alundowe, w których znajdują się próbki stopów Pb - Sn o zawartości 20, 40, 60 i 80% at. cyny oraz próbki czystych metali Pb i Sn. Na stanowisku znajdują się dwie termopary, co pozwala na jednoczesny pomiar temperatury w dwóch tyglach z użyciem miernika i przełącznika.

3. Przebieg ćwiczenia.

1. umieścić w piecu tygiel zawierający czystą cynę i ogrzać aż do stopienia metalu,

2. po wyjęciu tygla z pieca umieścić w metalu termoparę zabezpieczoną osłoną ceramiczną,

3. rejestrować temperaturę swobodnie stygnącego metalu co 15 sekund aż obniży się ona do wartości 200°C,

4. powtórzyć czynności wymienione w punktach a, b i c dla próbek stopu Pb 30% - Sn 70% do temperatury 170°C.

5. --> spo[Author:PA] rządzić wykresy krzywych chłodzenia na podstawie pomiarów.

4. Wykres fazowy układu Sn-Pb.

Wnioski:

Podczas chłodzenia czystej cyny, można zauważyć dosyć długie utrzymanie się temperatury w czasie podczas przebiegu krzepnięcia. Spowodowane jest to tym, że liczba stopni swobody układu s=0. Ponieważ n=1 (liczba składników niezależnych) a f=2 (jest to liczba współistniejących faz podczas krzepnięcia). Oznacza to że układ jest niezmienny i dwie fazy mogą współistnieć tylko w ściśle określonej temperaturze T-przemiany, która nie może ulec zmianie dopóty, dopóki jedna z faz nie zniknie. Stała temperatura utrzymuje się w wyniku wydzielania przez układ ciepła przemiany fazowej( entalpii przemiany). Większość metali ulega zmianom alotropowym, a ich odmiany alotropowe krystalizują między innymi w strukturach: A1 ,A2 ,A3 .

Podczas stygnięcia stopów ciekawą rzeczą jest to ,że nie następuje zatrzymanie spadku temperatury podczas przemiany fazowej. Spowodowane to jest tym, że tzw. stopień swobody Gibbsa s=1, ponieważ n=2 (dwa niezależne składniki współistnieją równocześnie), oraz f=2 (równocześnie istnieje faza ciekła z stałą).

Proces krzepnięcia można również przedstawić na wykresie : temperatura-stężenie procentowe poszczególnych metali za pomocą dwóch krzywych: likwidusu (początku krzepnięcia ) i solidusu (końca krzepnięcia), pomiędzy tymi fazami występuje faza pośrednia.

Dokonując analizy uzyskanych wyników , a w nich podstawowe położenie punktów początku i końca krzepnięcia stopu uzyskane podczas ćwiczenia zauważyć można różnice pomiędzy nimi , a temperaturami na wykresie równowagi faz. Wynikają one najprawdopodobniej z niedokładności pomiaru i dużych odstępów czasu pomiędzy poszczególnymi odczytami temperatury. Przeprowadzanie częstszego , bądź ciągłego pomiaru temperatur spowodowałoby możliwość zredukowania błędu pomiarowego do minimum , a uzyskane wyniki odczytu pokrywałyby się z temperaturami z wykresu równowagi faz. W badanych stopach dwuskładnikowych ciekawym jest zjawisko , w którym podczas chłodzenia temperatura w pewnym momencie znów rośnie , aż do momentu osiągnięcia temperatury krzepnięcia stopu. Związane jest to ze zjawiskiem przechłodzenia materiału badanego. Uwzględniając te główne powody występowania różnic w odczytach można uznać , że przeprowadzone doświadczenie potwierdziło przewidywania.

---