Файл: Praktikum матеріалознавство.doc

Збільшення мікроскопа визначається добутком збільшення окуляра на збільшення об’єктива.

В освітлювальну систему мікроскопа входять джерело світла, серія лінз, світлофільтрів і діафрагм. Джерелом світла є електрична лампа (17 В), що включається в мережу через понижуючий трансформатор.

Рис.2.3 Загальний вигляд мікроскопу МИМ – 7.

1 - основа, 2 - корпус, 3 - фотокамера, 4 - мікрометричний гвинт, 5 - візуальний тубус з окуляром, 6 - ручка ілюмінатора, 7 - ілюмінатор, 8 - предметний столик, 9 - клеми, 10 - гвинти переміщення столика, 11 - макрометричний гвинт, 12 - освітлювач, 13 - ручка світофільтрів, 14 - стопорний пристрій освітлювача, 15 - рамка з матовим склом.

Вивчення протравленого шліфа дозволяє вирішувати ряд задач при аналізі мікроструктурної будови металу або сплаву: встановлювати кількість структурних складових сплаву та характер їх розташування; величину зерен (шляхом їх співставлення зі спеціально встановленою шкалою або безпосереднім вимірюванням, знаючи величину збільшення); вид термічної обробки і правильність вибору її режиму (температури нагрівання, швидкості охолодження); приблизний вміст деяких елементі, наприклад, вуглецю у відпалених сталях.

Між структурою та властивостями металів і сплавів існує пряма залежність. Тому в практиці металознавства мікроаналіз є одним з основних методів, які дозволяють вивчати будову металів і сплавів, а, отже, отримувати дані про їх властивості.

Завдання на роботу

1. Вивчити будову металографічного мікроскопа і засвоїти прийоми роботи на ньому.

2. Приготувати мікрошліф (наприклад, сірого чавуна або сталі), вивчити і замалювати його структуру до і після травлення.

3. Зробити висновки і скласти звіт по роботі відповідно до вищевказаних пунктів завдань

Зміст звіту

У звіт потрібно включити технологію приготування мікрошліфів, реактив, який застосовується для травлення чавуну та сталі, схеми мікроструктур і їх описання. У висновках вказати на особливості будови досліджуваного металу до і після травлення, наявність неметалевих включень, дефектів і їх вплив на властивості металу.

Контрольні питання для самопідготовки

1. З якою метою проводиться мікроструктурний аналіз металів і сплавів?

2. Технологія виготовлення мікрошліфів.

3. З якою метою мікрошліфи протравлюють?

4. Які реактиви застосовуються для протравлення шліфів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНИХ ТОЧОК І ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ

’’СВИНЕЦЬ - СУРМА’’

Мета роботи: Освоїти методику побудови кривих охолодження металів і сплавів, визначення на них критичних точок методом термічного аналізу; навчитися будувати та аналізувати діаграми стану подвійної системи на прикладі сплаву свинець – сурма.

Матеріали та обладнання. Для виконання даної лабораторної роботи необхідні такі матеріали та обладнання: електрична піч, термопара, тиглі з навісками свинцю, сурми та їх сумішей, мілівольтметр зі шкалою від 0 до 500 мВ.

Теоретичні відомості.

При нагріванні відбувається плавлення твердих тіл, при охолодженні - їх кристалізація (затвердіння). Будь-які зміни в стані металу або сплаву (фазові, структурні перетворення) супроводжуються тепловим ефектом. При нагріванні відбувається поглинання тепла, а при охолодженні виділення тепла.

Температури, при яких відбуваються зміни стану сплаву, називаються критичними. Реєстрація зміни температури сплаву в часі здійснюється термічним методом.

При термічному аналізі за експериментальними даними будують графіки залежності зміни температури сплаву в часі в процесі охолодження (або нагрівання) з постійною швидкістю. Такі графічні залежності називаються кривими охолодження або нагрівання.

При охолодженні аморфного тіла, наприклад смоли або скла, його температура буде падати поступово і безперервно, перехід з рідкого стану в твердий буде поступовим. Графік нагрівання буде мати вигляд кривоїI, показаної на рис.3.1,а. Крива охолодження IIбуде являти собою дзеркальне відображення кривої нагрівання.

Кристалічні речовини мають певну фіксовану температуру плавлення або кристалізації. Графік нагрівання чистого металу, побудований в осях координат час - температура, матиме вигляд кривоїI, показаної на рис.3.1,б. Графік охолодження чистого металу буде являти собою дзеркальне відображення графіку нагрівання (рис. 3.1,б,крива II). Точка 1 на графіку охолодження відповідає початку кристалізації, точка 2 - кінцю кристалізації. На графіку нагрівання точка 1 відповідає початку плавлення, а точка 2 - кінцю плавлення. Процеси кристалізації і розплавлення здійснюються при постійних температурах (на графіках – горизонтальна площадка, нижче якої метал знаходиться в твердому стані, вище – в рідкому). Ці температури, а також температури будь-яких інших змін в стані металу або сплаву, які спостерігаються в ньому при нагріванні або охолодженні і супроводжуються поглинанням або виділенням тепла як і відповідні їм точки на графіках нагрівання або охолодження називаються критичними.

Рис.3.1 Графіки нагрівання і охолодження:

а - аморфного тіла; б - кристалічного тіла (чистого металу).

По критичним точкам температурних кривих (наприклад, початок або кінець кристалізації) будують діаграму стану сплаву.

Діаграма стану сплавів - це графічне зображення зміни структури і фазового складу сплавів в залежності від температури та концентрації.

На рис.3.2 зображена діаграма стану сплавів свинець – сурма в координатах температура (°С) - концентрація компонентів (%). Початок осі абсцис (вісь концентрацій) відповідає 100% свинцю і 0% сурми; кінець осі абсцис - 0% свинцю і 100% сурми.

Рис.3.2Діаграма стану та криві охолодження

Сплавів свинець – сурма

Лінію АСВ, по якій рідкий сплав при охолодженні починає кристалізуватись (твердіти), називають лінією ліквідусу (ліквідус - рідина). Лінію DCE, по якій закінчується кристалізація сплаву, називають лінією солідус (солідус - твердий).

Сплав з концентрацією компонентів: Sb=13%, Pb = 87% називається евтектичним (від грецького - легкоплавкий). Евтектичними називаються сплави, для яких характерно:

1. Початок і кінець кристалізації відбуваються при одній і тій же температурі (точки ліквідус та солідус співпадають);

2. Найменша температура плавлення серед сплавів даної системи;

3. Структура таких сплавів є механічна суміш компонентів ( в даному випадку свинцю та сурми).

Сплави, які мають концентрацію сурми менше, ніж евтектичний (менше 13%) і розміщені на діаграмі лівіше точки С називаються доевтектичними.

Сплави, що мають концентрацію сурми більше евтектичного і розміщені правіше точки С на діаграмі, називаються заевтектичними.

З діаграми видно, що доевтектичні сплави мають температури кристалізації (або плавлення) по лінії АС; заевтектичні - по лінії СВ. Кінець кристалізації всіх сплавів закінчується утворенням евтектики (лінія DCE).

Сплави різної концентрації мають різну структуру, отже і різні властивості. Вище лінії АСB сплави будуть рідкими. На ділянці АСD буде рідкий сплав з кристалами свинцю, на ділянці СВЕ буде рідкий сплав з кристалами сурми. Нижче лінії DCE буде твердий сплав.

По лінії СС¹ - евтектичний сплав, на ділянці DСС¹D¹ - сплав складається з кристалів евтектики і кристалів свинцю, це сплав доевтектичний. На ділянці СЕЕ¹С¹ - заевтектичний сплав, він складається з кристалів евтектики і кристалів сурми.

Діаграма стану сплаву свинець – сурма являється діаграмою першого роду .

За діаграмою стану першого роду кристалізуються сплави, компоненти яких в рідкому стані необмежено розчиняються один в одному, а в твердому стані зовсім не розчиняються і утворюють механічну суміш компонентів.

За діаграмою стану першого роду кристалізуються такі сплави як: олово -цинк, свинець-сурма та інші.

Правило відрізків

В процесі кристалізації змінюється і концентрація компонентів в фазах, і кількість кожної фази сплаву {при кристалізації кількість твердої фази збільшується, а рідкої зменшується).

Фазою називається хімічно однорідна частина сплаву, відокремлена від інших його частин поверхнею розділу (границею). Фазами в сплавах можуть бути хімічні елементи, хімічні сполуки, рідкі та тверді розчини.

В будь-якій точці діаграми, коли в сплаві одночасно існують дві фази, можна визначити кількість обох фаз і їх концентрацію. Для цього служить правило відрізків, або правило важеля.

Правило відрізків (правило важеля) застосовують для визначення:

1. Концентрації компонентів в фазах;

2. Кількості (ваги) фаз сплаву в будь-якій точці діаграми.

Використаємо правило відрізків для аналізу стану сплаву в точці b (рис. 3.2). Проведемо горизонтальну лінію (коноду) через точку b до перетину з лініями діаграми. Одержимо лінію ас. Точка b ділить лінію ас на відрізки аb і bс.

Для визначення концентрації компонентів в фазах необхідно з точок перетину коноди з лініями діаграми опустити перпендикуляри на вісь концентрацій (вісь абсцис) діаграми стану (рис. 3.2).

Наприклад, в точці b (рис. 3.2) сплав складається з кристалів сурми і рідини. Опустивши перпендикуляр з точки а на вісь концентрацій, визначимо концентрацію компонентів в рідині. Вона становить 48% Pb та 52% Sb. Опустивши перпендикуляр з точки с на вісь абсцис, побачимо, що тверда фаза в даній точці складається з кристалів сурми (100% Sb).

Згідно з правилом відрізків, кількість (вага), наприклад, твердої фази - кристалів сурми, в даній точці діаграми, так відноситься до кількості всього сплаву, як довжина відрізка, що прилягає до лінії ліквідус аb, відноситься до повної довжини лінії ас.

звідки: