Сделай Сам Свою Работу на 5

В микроскопе трудно отличить чистый металл от твердого рас-твора.





 

·Химическое соединение–это:

 

а) однофазный сплав, у которого одна кристаллическая решетка; б) его кристаллическая решетка новая и не похожа ни на один из

 

компонентов сплава; в) его свойства не похожи ни на один из компонентов сплава.

 

г) химический состав описывается формулой типа An Bm . Структура химического соединения показана на рис. 2.

 

В микроскопе трудно отличить чистый металл от химического соединения.

 

·Физико-механическая смесь–это:

 

а) многофазный сплав, у которого две или более кристаллических решеток (это – смесь фаз);

 

б) свойства сплава зависят от количества и свойств каждой фазы, которая находится в смеси.

 

Структуры механических смесей показаны на рис. 5. Рассмотрим их на примере механической смеси из двух фаз – пластичного твердого рас-твора a и твердого хрупкого химического соединения An Bm . Все пред-ставленные сплавы (рис. 5) имеют примерно одинаковый фазовый состав. Однако за счет различной структуры свойства у них будут сильно отли-чаться.

 

Самую низкую твердость будет иметь сплав на рис. 5, а. Структура сплава состоит из зерен твердого раствора a и случайно расположенных первичных включений An Bm I . Округлые включения An Bm I не будут силь-но мешать пластической деформации зерен a-раствора.




 


a   a
     

 

          эвтектика   эвтектика  
      An Bm II      
  An Bm I    
      (a + AnBm)   (a + AnBm)  
             
         
               
а)   б)   в) г)  

 

Рис. 5. Структуры физико-механических смесей

 

Самой хрупкой будет механическая смесь на рис. 5, б. Структура сплава состоит из зерен твердого раствора a и расположенной по их гра-ницам сетки вторичных выделений An Bm II . При малейшем нагружении этого сплава сразу образуются трещины на зернограничных выделениях An Bm II,и материал разрушится.

 

Сплав на рис. 5, в будет более прочным, чем первые два (рис. 5, а, б), но довольно хрупким. Структура сплава состоит из зерен пластинчатой эвтектики (a + AnBm). При достаточно высоком нагружении трещины бу-дут образовываться по плоской границе между пластинами фаз, входящих в эвтектику. Такие твердые пластины, как выделения фазы AnBm в этом сплаве принято называть структурными надрезами.



 

Структура сплава на рис. 5, г состоит из кристаллитов зернистой эв-тектики (a + AnBm). Обычно округлые включения твердой фазы делают очень мелкими, тогда такой сплав будет и очень прочным и очень вязким (это наилучшая структура материала для любой конструкции).

 

Содержание отчета

 

1. Название и цель работы.

 

2. Схема светового металлографического микроскопа, его характе-ристика (увеличение объектива и окуляра).

 

3. Таблица результатов микроанализа структуры металлов и сплавов.

 

Контрольные вопросы

 

1. Принципы микроанализа структуры металлов и сплавов.

 

2. Что показывает структура металла? Описать структуру сплава.

 

3. Типы сплавов в твердом состоянии.

 

4. Типы твердых растворов.

5. Химические соединения, устойчивые и неустойчивые.

 

6. Физико-механические смеси, их структура и свойства.

 

Л и т е р а т у р а : [1, 2].


 


Лабораторная работа 2

 

СВЯЗЬ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СО СВОЙСТВАМИ СПЛАВА

 

Цель работы:изучить влияние типа двойной диаграммы состоянияна характер зависимости свойств сплавов от химического состава.

 

Приборы и принадлежности:мост постоянного тока Р3009,источ-ник постоянного тока ЛИПС, образцы медно-никелевых сплавов и элек-тротехнических сталей разного состава.



 

Методические указания

 

Диаграмма состояния показывает фазовый состав каждого сплава данной системы при любой температуре. Тип фазовой диаграммы и твер-дого сплава определяет его свойства в равновесном состоянии. Зная диаграмму состояния можно описать физические и технологические свой-ства любого сплава и прогнозировать область его применения. На рис. 1 показана зависимость удельного электрического сопротивления сплавов при t = 20 °С от химического состава для различных типов диаграмм со-стояния.

t   t   t   t
             

 

r   r   r
         

 

а) б) в) г)

 

Рис. 1. Влияние типа диаграмм состояния на характер зависимости удельного электрического сопротивления от химического состава:

а – компоненты нерастворимы в твердом состоянии;

б – неограниченная растворимость в твердом состоянии (пунктир – неметаллы, сплошная линия – металлы);

в – ограниченная растворимость в твердом состоянии;

г – с химическим соединением


 


В случае, когда компоненты не растворимы друг в друге в твердом состоянии, двойные сплавы после затвердевания представляют физико-механическую смеськристаллов чистых элементов.Изменение химиче-ского состава сплава приводит лишь к пропорциональному изменению количества каждой фазы, состав и свойства которых неизменны (по пра-вилу отрезков). Поэтому удельное электрическое сопротивление механи-ческой смеси прямо пропорционально изменению химического состава (рис. 1, а). Так же будет меняться твердость сплава. На реальных кривых сопротивление – % легирующей добавки для механических смесей, полу-чающихся в результате эвтектического превращения. Электрическое со-противление сплава при приближении к эвтектическому составу возраста-ет, отклоняясь от линейного закона (пунктир на рис. 1, а). Это связано с тем, что в результате эвтектического превращения получается мелкозер-нистая структура. Измельчение зерна в любом металлическом сплаве уве-личивает его электросопротивление и прочность. Физико-механические смеси имеют низкую пластичность, поэтому их можно подвергать только горячей обработке давлением. Однако они хорошо обрабатываются реза-нием, давая малую шероховатость поверхности. Двухфазные сплавы, со-держащие эвтектику, обладают наилучшими литейными свойствами.

 

Диаграмма с неограниченной растворимостью характерна для ком-понентов, имеющих близкие по размерам и свойствам атомы и одинако-вую кристаллическую решетку и образующих твердый раствор замеще-ния. Для твердых растворов характерна нелинейная зависимость удельно-го электросопротивления от химического состава (рис. 1, б). Это опреде-ляется тем, что атомы замещения и внедрения искажают кристаллическую решетку. При этом ее структурно-чувствительные свойства меняются пропорционально произведению концентраций атомов легирующих доба-вок x и основы (1 – x), образующих твердый раствор rx = rx x (1 – x). Здесь rx – коэффициент пропорциональности, отражающий природу элементов.

 

В случае если оба элемента – металлы, для которых характерна ме-таллическая химическая связь, искажение кристаллической решетки рас-творенными атомами уменьшает скорость направленного движения элек-тронного газа во внешнем электрическом поле, что ведет к росту сопротив-ления при легировании. Максимальное сопротивление будет иметь раствор, равноудаленный от чистых компонентов (как на рис. 1, б, сплошная линия).

 

Если оба компонента раствора – неметаллы (ковалентная связь, элек-троны удерживаются атомами, свободных электронов мало), то искаже-ние кристаллической решетки растворенными атомами приводит к появ-лению новых носителей электрического тока, и сопротивление уменьша-ется (пунктирная кривая на рис. 1, б).


 


Твердые растворы на основе металла обычно имеют высокую пла-стичность, но они плохо обрабатываются резанием, так как образуют ви-тую стружку, которая наматывается на инструмент. Поэтому в изделиях из таких сплавов трудно получить высокое качество поверхности обра-боткой резанием. Кроме этого большинство растворов имеют неудовле-творительные литейные свойства из-за большого интервала температур кристаллизации.

 

В природе не бывает совершенно чистых элементарных веществ – всегда в них присутствуют растворенные примеси. Поэтому диаграмма с ограниченной растворимостью в твердом состояниивстречается чащевсего (рис. 1, в). На ней есть два типа твердых сплавов – физико-механические смеси и твердые растворы (замещения или внедрения). При построении изотермической кривой «свойство– химический состав» на диаграмме следует провести линию постоянной температуры (обычно при t = 20°С),которая при пересечении с фазовыми линиями даст концентра-ции точек, где тип сплава резко изменяется. Проекции этих точек следует перенести на график «свойство– химический состав». Для того, чтобы ка-чественно построить криволинейные участки, соответствующие свойст-вам ограниченных твердых растворов, следует пунктиром нанести пара-болу для неограниченных, а затем обвести ее участки до пределов раство-римости. Полученные предельные значения (например, удельного сопро-тивления) будут определять свойства фаз, входящих в физико-механи-ческую смесь.

 

В случае, если в процессе затвердевания компоненты вступают во взаимодействие, образуя химическое соединение, на двойной диаграмме (рис. 1, г) появляется однофазная область с постоянным химическим со-ставом An Bm , которая разбивает ее на две диаграммы с эвтектикой. Нали-чие на диаграмме химического соединения приводит к появлению пере-лома (сингулярной точки) на линии свойства– содержание компонентов. Это связано с тем, что для него характерна новая кристаллическая решет-ка и не похожие на исходные компоненты свойства. Слева и справа от точки перелома будут прямые, описывающие свойства физико-механи-ческих смесей.

 

Следует отметить, что химический состав соединения не всегда име-ет точный состав и строго описывается формулой. В этом случае измене-ние его свойств имеет более сложный характер. Различают химические соединения, состоящие из металла и неметалла и интерметаллиды (рис. 2).

 

Сопротивление химического соединения металл– неметалл выше, чем составляющих его элементов (рис. 2, а, где A – металл, Ne – неметалл). Это связано с тем, что в результате химического взаимодействия (образо-


 


вание ковалентных или ионных связей) уменьшается число свободных электронов – носителей тока в твердом теле. При отклонении химическо-го состава от формулы соединения его решетка искажается, что приводит к образованию новых носителей тока (как в полупроводниках), и сопро-тивление падает.

 

В интерметаллидах (рис. 2, б, где A и Me – металлы) сохраняется ме-таллическая связь, для которой характерна высокая концентрация элек-тронов проводимости. Однако скорость их направленного движения в электрическом поле намного меньше, чем в металлах за счет более силь-ного взаимодействия с атомами. Поэтому удельное сопротивление такого «промежуточного соединения» больше, чем у компонентов. Минимальное значение его соответствует упорядоченному расположению атомов рас-творенного металла в решетке растворителя, а при отклонении от него электросопротивление растет.

 

В работе предлагается исследовать влияние концентрации легирую-щих добавок на удельное электросопротивление электротехнической ста-ли и медно-никелевых сплавов. Для измерения электросопротивления используется метод двойного моста, позволяющий проводить измерения с высокой точностью.

 

t   t
     

 

 

            Me, %  
    Ne, %        
               
               
r r  
               

 

Ne, %   Me, %  
а)   б)

 

Рис. 2. Влияние типа химического соединения на электросопротивления от химического состава:

а –металл–неметалл; б –металл–металл


 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.