Способ и условия построения диаграмм фазового равновесия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

«МАИ»

 

 

Факультет № Б1 : «ИЛА»

Кафедра № Б13: «ОТД»

Утверждено на заседании

Ред. Совета филиала

 

Протокол №

от «___»___________20 г.

Варианты заданий и методические указания по выполнению

лабораторных работ по дисциплине:

«Материаловедение»

Для основной образовательной программы

«Испытание летательных аппаратов»

По направлению (специальности) подготовки

«162110»

Разработано:ст.преп.Авдошина Н.Н.

Утверждено

на заседании кафедры

 

«___»____________ 20г

 

Москва - 2011г.

 

Лабораторная работа №2

Название: «Анализ диаграмм фазового равновесия двойных сплавов. Анализ диаграммы фазового равновесия сплавов «Железо-цементит».

Заполняется только для дисциплин в соответствии с ФГОС ВПО

Целью выполнения рубежного контроля является проверка достижения следующих результатов образования (РО):

знания:

на уровне представлений: методологией познания политической реальности

на уровне воспроизведения: … (перечислить)

на уровне понимания: владеть иностранным языком в объеме, необходимом для получения информации из зарубежных источников

умения:

теоретические: основными методами анализа состояния рынка, экономики отрасли, положения предприятия на рынке

практические: навыками использования и составления нормативных и правовых документов, относящихся к будущей профессиональной деятельности.

навыки: навыками аргументированного изложения собственной точки зрения в устной и письменной форме; навыками публичной речи, ведения дискуссий и полемики; критического восприятия информации

Перечисленные РО являются основой для формирования следующих компетенций: (в соответствии с ФГОС ВПО и требованиями к результатам освоения основной образовательной программы (ООП))

общекультурных

ОК-… (наименование)

ОК-… (наименование)

профессиональных

ПК-14 Способность решения проблем эффективного использования материалов, оборудования, соответствующих алгоритмов и программ расчета параметров процессов испытания

 

Цель лабораторной работы — изучение основных типов диаграмм фазового равновесия реальных двойных систем, анализ превращений, происходящих в спла­вах системы «железо — цементит» при образовании фаз и структур и определение состава и весового количества фаз при заданных температурах.

 

Краткие теоретические сведения

Термины и определения

 

Диаграмма фазового равновесия (диаграмма состояния) — графическое изображение соотношения между параметрами состояния (температурой, давле­нием, составом) термодинамически равновесной системы, т.е. фазового состояния любого сплава изучаемой системы компонент в зависимости от его концентра­ции.

Компонент — составная часть, в данном случае химический элемент, обра­зующий сплав.

Конода — горизонтальный отрезок, концы которого ограничены равновес­ными сосуществующими фазами и содержанием в них компонентов; характеризу­ет состав фаз. находящихся в равновесии.

Ликвидус — геометрическое место точек начала затвердевания бинарных сплавов с различным содержанием компонентов на диаграмме состояния.

Линии фигуративных точек — вертикальные линии на диаграмме состоя­ния, соответствующие определенному химическому составу сплава.

Линия предельной растворимости — линия на диаграмме состояния би­нарных сплавов, характеризующая изменение растворимости компонента с из­менением температуры.

Перитектика — структурная составляющая сплава, представляющая собой механическую смесь фаз, образующуюся за счет ранее выделившейся твердой фа­зы и закристаллизовавшейся жидкой части сплава определенного состава.

Раствор твердый — однофазный в твердом состоянии сплав, в котором со­отношение компонент может быть переменным и один из компонентов (раствори­тель) сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого (или других) компонента располагаются в решетке этого компонента, изменяя ее размеры (пе­риоды решетки).

Система (гетерогенная) — макроскопически неоднородная термодинамиче­ская система, состоящая из различных по физическим свойствам или химическому со­ставу частей (фаз).

Соединение химическое — фаза, кристаллическая решетка которой отличает­ся от решеток компонентов, ее образующих. В химическом соединении всегда сохра­няется простое кратное соотношение компонентов A_mB_n, где тип — простые числа.

Солидус — на диаграмме состояния геометрическое место точек конца затвер­девания бинарных сплавов с различным содержанием компонентов.

Составляющая структурная — часть сплава (однофазная или многофазная), имеющая характерную (однообразную) структуру и отделенная от остальных частей сплава поверхностями раздела.

Фаза — термодинамически равновесное состояние вещества, характеризую­щееся агрегатным состоянием, атомным (молекулярным) составом и строением, а также от­деленное пространственными границами от других возможных равновесных состояний (фаз) того же вещества.

Состав фазовый — количественная характеристика содержания в материале различных фаз.

Состав химический — количественная характеристика содержания в мате­риале химических элементов.

Строение — совокупность устойчивых связей вещества, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение основных свойств.

Точки фигуративные — точки на диаграмме состояния, определяющее фазо­вый и химический состав системы при заданной температуре.

Эвтектика — структурная составляющая сплава, представляющая собой ме­ханическую смесь фаз, образующуюся при одновременной кристаллизации двух 0:ли бо­лее) фаз из расплава.

 

Эвтектоид — структурная составляющая сплава, представляющая собой ме­ханическую смесь фаз, образующуюся при одновременной вторичной кристаллизации двух (или более) фаз из твердого раствора.

Аустенит — твердый раствор внедрения углерода в у - железе (предельная растворимость углерода в у - железе — 2,14%).

Ледебурит — структурная составляющая (эвтектика) железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов, представляющая собой механическую смесь кристал­лов аустенита и цементита, образующихся в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67% уг­лерода.

Перлит — структурная составляющая (эвтектоид) железоуглеродистых спла­вов, представляющая собой механическую смесь чередующихся пластинок феррита и це­ментита, образующихся при распаде аустенита во всех сплавах системы с концентрацией углерода более 0,02% при t - 727°С.

Сталь — железоуглеродистый сплав, содержащий 0,02—2.14% углерода. По содержанию углерода и наличию структурных составляющих различают: доэвтектоидные (углерода 0,02—0,83%), эвтектоидные (углерода 0,83%), заэвтектоидные (углерода 0,83— 2,14%) стали.

Феррит — твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Различают низко­температурный α-феррит с растворимостью углерода до 0,02 % и высокотемпературный δ-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1%.

Цементит Fe₃C — химическое соединение железа с углеродом (карбид же­леза) с концентрацией углерода 6,67%.

Чугун — железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14%) углерода. По содержанию углерода и наличию структурных составляющих различают чугуны: доэвтектические (углерода 2,14—4,3%), эвтектические (углерода 4,3%) и заэвтектические чугуны (углерода 4,3—6,67%).

Чугуны белые — чугуны, кристаллизующиеся подобно углеродистым сталям по метастабильной диаграмме состояния Fe — Fe₃C (углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита; имеет белый блестящий излом).

 

Способ и условия построения диаграмм фазового равновесия

 

Для построения диаграмм фазового равновесия используют термический анализ. Для этой цели экспериментально получают кривые охлаждения отдель­ных сплавов и по их перегибам или остановкам, связанным с тепловыми эффек­тами превращений, определяют температуры соответствующих превращений. Эти температуры называют критическими точками. Для количественного и качест­венного изучения этих превращений в твердом состоянии используют различные методы физико-химического анализа: микроанализ, рентгеноструктурный, маг­нитный и др.

Как правило, диаграммы фазового равновесия строят в координатах темпе­ратура — концентрацияв процентах по массе или атомных процентах компонен­та. Диаграммы фазового равновесия в удобной графической форме показывают фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации компонен­тов и дают наглядное представление о процессах, происходящих в сплавах систе­мы при нагреве и охлаждении.