Контрольная работа по "Материаловедение"

5. Вычертите диаграмму состояния системы алюминий-кремний. Укажите во всех областях диаграммы состояния структурные составляющие. Для сплава, содержащего 10% кремния, постройте кривую охлаждения. Опишите превращение в сплаве при охлаждении. Пользуясь правилом отрезков, определите количественное  соотношение структурных составляющих при комнатной температуре. Зарисуйте и опишите структуру заданного сплава

[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]

        Рис. 1 - Диаграмма состояния системы алюминий-кремний и кривая охлаждения сплава с содержанием 10% кремния

На диаграмме состояния заданному сплаву соответствует вертикальная линия, пересекающая ось концентраций в точке 10% (рис.1). Как следует из диаграммы состояния, заданный сплав представляет собой доэвтектический силумин (он находится левее эвтектической точки, соответствующей  12,5% кремния).

Описание превращений при охлаждении

При температуре выше 600 ºС в равновесии находится только одна фаза – жидкость. При температуре 600 ºС (точка 1) начинается кристаллизация сплава, при этом из жидкости выделяются кристаллы α-фазы. α фаза представляет собой твердый раствор. Схема превращения:

Ж→ α

При охлаждении заданного сплава (содержание кремния 10%) от температуры 600ºС до температуры эвтектического превращения (577ºС) в равновесии находятся две фазы – твердые раствор кремния в алюминии (α) и Жидкость.

При температуре эвтектического превращения (точка 2, температура 577 ºС) происходит кристаллизация жидкости с образованием эвтектики.

Ж11,7→ Эвт(α + Si)

При дальнейшем охлаждении сплава ниже температуры эвтектического превращения до комнатной в равновесии находятся две фазы α и Si. Количество структурных составляющих равно двум – α фазы и эвтектики.

Количественное соотношение и состав фаз при температуре 800° С

Обозначим буквой b точку соответствующую данной температуре (800°С). Для нахождения фазового состава для сплава с содержанием 40 % кремния при 800°С, проводим с точки b горизонтальные линии (коноды) до пересечения с соответствующими линиями диаграммы (точки a и c). При указанной температуре в сплаве в равновесии находятся две фазы -Жидкость и β. Для нахождения химического состава фаз с точек a и c опускаем перпендикуляры на ось концентраций. Точки пересечения будут указывать на состав фаз. Химический состав Жидкости при данной температуре: 34% кремния, остальное алюминий. Химический состав β фазы соответствует ≈100% кремния.

Содержание фаз находим согласно правилу отрезков (содержание фаз обратно пропорционально длинам соответствующих конод).

% α = (100-10)/100 *100% = 90%

% Si = 100-10=90%/

Структура сплава при комнатной температуре приведена на рис. 2.

[pic 15]

Рис. 2 - Микроструктура доэвтектических силуминов (справа - схематическое изображение)

Микроструктура литых доэвтектических силуминов состоит из светлых дендритов α - твердого pacтворa кремния в алюминии и двойной эвтектики (α+Si) игольчатого типа, рис. 2 (т.к. растворимость Al в Si при комнатной температуре составляет 0,05 % , допустимо считать, что в структуре сплавов при низких температурах присутствует не β -твердый раствор, а кремний).

13. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа. Опишите во всех областях диаграммы состояния структурные составляющие. Опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 1,2% С. Зарисуйте и опишите структуру сплава. Пользуясь правилом отрезков, определите количественное соотношение структурных составляющих заданного сплава

Диаграмма состояния железо-карбид железа приведена на рис. 3. В данной системе присутствуют следующие фазы и стуктурные составляющие.

Феррит   – твердый раствор внедрения углерода в α-железе, имеющего ОЦК решетку. Максимальная растворимость углерода в низкотемпературном феррите составляет 0,02 % при 727 °С, а в высокотемпературном δ-феррите 0,1 % при 1499 °С. При комнатной температуре феррит содержит 0,006 % С.