Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово - цинк»

Сплав, соответствующий точке 8% цинка и 92% олова, затвердевает при постоянной температуре 200^оС. При этой температуре (ей соответствует горизонтальная площадка на кривой охлаждения, рис. 4. 4, б) из жидкости одновременно выделяются мелкие кристаллы цинка и олова, смесь которых называется эвтектикой, а данное превращение Ж→Zn+Sn - эвтектическим. Эвтектический состав при исследовании под микроскопом обнаруживает характерную мелкодисперсную структуру из выделений цинка, расположенных в оловянной основе.

Сплав с 80% цинка затвердевает в температурном интервале 5-6 и имеет на кривой охлаждения две критические точки. Первая (перегиб кривой охлаждения, рис. 4.4, г) отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов цинка, которое продолжается до 200 ^оС. В процессе выделения кристаллов цинка оставшийся жидкий сплав обогащается оловом, и химический состав жидкости при этом непрерывно меняется. Для того чтобы определить химический состав жидкости в интервале температур «начало кристаллизации - конец кристаллизации», необходимо через заданную точку, например т на рис. 4. 4, провести параллельно оси концентраций коноду К_п до пересечения с линией ликвидус СВ; проекция точки пересечения К на ось концентраций покажет процентное содержание цинка и олова в жидкости. При температуре 200^оС в жидкости остается 8% цинка, и происходит эвтектическое превращение, которое соответствует горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате микроструктура затвердевшего сплава состоит из крупных кристаллов цинка и эвтектики.

Сплав с повышенным содержанием олова (4% цинка) также затвердевает в интервале температур и тоже имеет на кривой охлаждения (рис. 4. 4, а) две критические точки. Первая отвечает началу выделения из жидкого сплава кристаллов олова, которое и в этом случае продолжается до 200°С. Жидкая фаза данного сплава вследствие выделения кристаллов олова обогащается цинком до эвтектического состава. Окончательно сплав затвердевает при температуре второй критической точки, отвечающей горизонтальному участку на кривой охлаждения. В результате образуется структура, состоящая из кристаллов олова и эвтектики.

Диаграмма состояния показывает, что только чистые металлы и сплавы эвтектической концентрации плавятся и затвердевают при постоянной, строго определенной температуре. Характерная особенность эвтектического сплава (в данном случае 8% Zn) заключается в том, что он имеет более низ- кую температуру плавления, чем составляющие его компоненты. Затвердевание всех остальных сплавов происходит в определенном интервале температур, причем при охлаждении любого сплава сперва из жидкой фазы выделяется в виде кристаллов избыточный по отношению к составу эвтектики компонент, т.к. при охлаждении любого сплава его жидкая фаза всегда стремится к эвтектической концентрации. В области, ограниченной фигурой DАС, сплавы находятся в виде кристаллов олова и жидкого сплава, а в области, ограниченной фигурой СВЕ - в виде кристаллов цинка и жидкого сплава. Ниже линии DС они состоят из кристаллов олова и эвтектики (доэвтектические сплавы); ниже точки С - из одной эвтектики (эвтектический сплав); ниже линии СЕ - из кристаллов цинка и эвтектики (заэвтектические сплавы).

Рис. 4.3. Последовательность построения диаграммы состояния сплавов

Рис.4.4. Кривые охлаждения, структуры и диаграмма состояния сплавов олова с цинком

Порядок выполнения работы и содержание отчета

1. Ознакомиться с содержанием работы.

2. Проверка преподавателем готовности студентов к выполнению работы.

3. Выполнить экспериментальную часть работы по определению критических температур начала и конца кристаллизации заданных сплавов.

4. Построить диаграмму состояния сплавов системы «олово - цинк».

5. Изучить и проанализировать микроструктуру четырех сплавов «олово - цинк» с помощью микроскопа.

6. Составить отчет о проделанной работе. Содержание отчета: название и цель работы, теоретическая часть, описание хода работы, кривая охлаждения заданного сплава, сводная таблица критических температур кристаллизации всех четырех сплавов, диаграмма состояния сплавов«олово - цинк» с обозначением фаз и структур, рисунки микроструктур всех четырех сплавов с обозначением процентного состава каждого сплава и структурных составляющих.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается термический метод исследования сплавов?

2. Как и чем измеряется температура сплава при охлаждении?

3. Методика построения диаграммы состояния сплавов по дан­ным, полученным при проведении эксперимента.

4. Что такое диаграмма состояния сплавов?

5. Показать на диаграмме линии ликвидус и солидус.

6. Какие фазы находятся в различных областях диаграммы?

7. Как по диаграмме состояния определяется химический состав жидкости в интервале температур «начало кристаллизации - конец кристаллизации»?

8. Показать на диаграмме сплавы доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.

9. Из чего состоит микроструктура доэвтектических, эвтектических и заэвтектических сплавов?

10. Что называется эвтектикой?

11. Покажите на диаграмме эвтектическую точку, эвтектическую концентрацию, эвтектическую линию.

12. Описать процесс формирования микроструктуры при кристаллизации любого доэвтектического, эвтектического и заэвтектического сплава.

Лабораторная работа №5