«Построение диаграмм состояния по данным термического анализа»

Описание эксперимента Для выполнения эксперимента применяют стальной, фарфоровый или кварцевый тигель. В тигель помещают компоненты сплава заданного состава в количестве 100 – 200 г (при меньшем количестве сплава критические точки на кривой охлаждения выявляются недостаточно четко); причем, для каждого сплава, во избежание его загрязнения, следует иметь отдельный тигель. Тигель помещают в муфельную печь и нагревают до температуры несколько выше точки плавления. После получения расплава его перемешивают фарфоровой или графитовой палочкой и в тигель устанавливают термопару, защищенную от непосредственного воздействия металла чехлом из заваренной с одного конца трубки из фарфора, кварца или нержавеющей стали. Термопару присоединяют к милливольтметру. После этого закрывают тигель огнеупорной крышкой или слоем асбеста и выключают печь для охлаждения сплава. Если такое охлаждение оказывается слишком ускоренным, его можно замедлить, не выключая печь, а лишь уменьшив силу тока. С момента начала охлаждения записывают показания милливольтметра через каждые 30 или 60 с вплоть до полного охлаждения сплава. Опыт рекомендуется выполнять трем студентам таким образом, чтобы один наблюдал время по секундомеру и сообщал его в установленные моменты (через 30 или 60 с), другой следил за показаниями милливольтметра и называл их (значения температуры в установленные моменты), а третий записывал показания милливольтметра (температуру) и одновременно наблюдал за тиглем. По полученным экспериментальным данным строят графические зависимости температура (по оси ординат) – время (по оси абсцисс). Полученные кривые охлаждения расплавов называют термограммами. Если при охлаждении расплава происходят фазовые превращения компонентов (кристаллизация или полиморфные превращения), то на кривой охлаждения будут наблюдаться точки перегиба и температурные остановки (ступени). Температуры, соответствующие подобным аномалиям на графических зависимостях называют критическими точками. На рис.1 показан вид кривой охлаждения чистого металла («жидкость» - соответствует температурно-временной области существования расплава, а «твердое» - закристаллизованному твердому металлу).

Рис. 1. Примерный вид кривой охлаждения чистого металла

Появление площадки на кривой охлаждения расплава, говорит о том, что выделяется, так называемая, скрытая теплота кристаллизации расплава, компенсирующая падение температуры при остывании выключенной печи. В результате проведения экспериментов получают серию кривых охлаждения, количество которых соответствует количеству проведенных опытов.

Построение модельной диаграммы состояния

Предположим, что мы изучаем модельную систему сплавов, состоящих из двух компонентов: А и В. Пусть мы провели серию подобных, описанному выше, экспериментов и построили кривые охлаждения. Составы, с которыми проводились эксперименты и температуры, соответствующие критическим точкам, указаны в табл.1. На основании полученных данных можно схематически построить примерную диаграмму состояния двухкомпонентной системы А- В. Для этого построим оси координат (длиной по 10 см каждая). На оси абсцисс отмечаем концентрацию – процентное содержание в материале его компонентов. Крайние точки оси абсцисс, совпадающие с началом температурной оси ординат, соответствуют чистым компонентам (100%), а ординаты между ними – двойным сплавам (90%А+10%В, 80%А+20%В и т.д.). Начальная температура по оси ординат пусть соответствует 500оС, конечная - 1500 оС. Для каждого из 11 составов откладываем температуру начала и конца фазовых превращений. Для состава №1 (100% компонента А) эти температуры совпадают (см. рис 1), поэтому надо указать одну точку 1400 оС на оси температур.. Для состава №2 из точки, соответствующей этому составу на оси абсцисс (90%А+10%В), проводят мысленно перпендикуляр и на нем откладывают 2 температуры: 1350 и 1000 оС и т.д. После того, как все температуры для каждого состава