Полиморфные превращения металлов

метки: Полиморфный, Превращение, Металл, Сплав, Свойство, Компонент, Диаграмма, Температура

Федеральное агентство по образованию, Государственное образовательное учреждение, Стерлитамакская государственная педагогическая академия им. З. Биишевой

Реферат

на тему:

Полиморфные превращения металлов, Стерлитамак 2012

1. Полиморфные (аллотропические) превращения

Атомы металла – исходя из геометрических соображений, могут образовать любую кристаллическую решетку.

Однако устойчивым, а, следовательно, реально существующим типом является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.

Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах (т.н. полиморфных (аллотропических) модификациях).

В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющего решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа.

Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, при более высокой температуре β, затем γ и т.д.

Полиморфное превращение протекает при постоянной температуре (например, при нагреве идет поглощение теплоты).

Известные полиморфные превращения: Fe_α ↔ Fe_β ; Co_α ↔ Co_β ; Ti_α ↔ Ti_β ; Mn_α ↔ Mn_β ↔ Mn_γ ↔ Mn_δ ; Sn_α ↔ Sn_β , а также для Ca, Li, N, Cs, Sr, Te, Zr, V и др.

Металл с данной кристаллической решеткой должен обладать меньшим запасом свободной энергии., Рисунок 3. Полиморфизм железа и его связь со свободной энергией системы

Полиморфизм железа. Из рис. 3, видно, что в интервале температур 911 – 1392°С устойчивым является γ-железо (К 12) (имеет min свободную энергию), а при температурах ниже 911°С и выше 1392°С устойчиво α-железо (К 8).

В твердом металле полиморфные превращения происходят в результате зарождения и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерна исходных кристаллов.

В результате полиморфного превращения образуется новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому превращение также называют перекристаллизацией.

Волоконно-оптические датчики температуры на основе решеток показателя ...

... датчиков температуры. Широкополосный сигнал от полупроводникового источника света 3 через волоконно-оптический разветвитель 2 поступает в волоконную измерительную линию 1. Отраженный решетками ... новых и перспективных вариантов ВОД температуры и механических деформаций являются датчики с использованием волоконных решеток показателя преломления (брэгговских решеток) в качестве чувствительного элемента ...

Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств металлов и сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электропроводности, магнитных свойств, механических и химических свойств и т.д.

Высокотемпературная модификация имеет высокую пластичность.

В таблице № 1 показан интервал температур существования различных аллотропических форм некоторых, имеющих практическое значение металлов, у которых обнаружена температурная аллотропия.

Н.С. Курнаков показал определенную зависимость между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава (твердостью, электропроводностью и.т.д.).

Свойства сплава зависят от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава (рис. 1).

Рисунок 1. Свойства сплавов и их диаграммы состояния

При образовании непрерывного ряда твердых растворов свойства (твердость, электропроводность и др.) изменяются по криволинейной зависимости (рис. 1, б).

Твердость компонентов А и В ниже, чем твердость сплавов., При образовании смесей (рис. 1, а) свойства сплава изменяются по линейному закону (аддитивно)., Значение свойств сплавов находятся в интервале между свойствами чистых компонентов.

При увеличении V_охл происходит измельчение структуры, в связи с этим свойства против эвтектики оказываются более высокими (пунктирная линия).

ESK – линия эвтектического превращения.

Т _А – температура плавления компонента А., Т_А SТ_В – линия ликвидус.

В сплавах с ограниченной растворимостью (рис. 1, в; диаграммы с эвтектическим или перитектическим превращениями) свойства при концентрациях, отвечающих однофазовому твердому раствору изменяются по криволинейной зависимости, а в двухфазовой области – по прямой. Крайние точки на прямой являются свойствами предельно насыщенных твердых растворов.

Линия EN – линия ограниченной растворимости В в А .

При образовании химического соединения (рис. 1, г) на кривой концентрация – свойства, будет иметься максимум (или минимум) – а на прямой перелом.

Зная характер взаимодействия между двумя металлами и тип диаграммы состав – свойства, можно легче и быстрее определить состав сплава, обеспечивающий наилучшие свойства.

2.2 Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых имеют полиморфные превращения

Рисунок 2. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у одного из компонентов: Т_пА – температура полиморфного превращения компонента А (Fe, Sn, Co, Mk, Ti, Zr и др.), Т_А а Т_В – линия ликвидус, Т_А б Т_В – линия солидус, Т_пА -С₂ – линия начала полиморфного превращения, Т_пА -С₁ – линия окончания полиморфного превращения.

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

... а) При t 1 > tн (линия 5-6 на рис.3) φ = Р п / В (7 б) Если ненасыщенный влажный воздух, состояние пара в котором определяется точкой 1 ( ... при изменении относительной влажности воздуха. В частности этим свойством обладает обезжиренный человеческий волос (волосяной гигрометр). Плотность влажного воздуха Плотность влажного воздуха ρ , кг/м3 равна сумме плотностей сухого воздуха ρсв и водяного ...

После затвердевания все сплавы состоят из γ -твердого раствора (твердый раствор В в А _γ ).

С понижением температуры ниже Т_пА -С₂ : А _γ превращается в А _α (модификации).

В области С₁ -С₂ в равновесии находится две фазы α+γ, где α – твердый раствор В в А _α .

Сплав 1

Сплав 2

Полная кристаллизация ниже t _2.

В точке t₃ начинается полиморфное превращение γ↔α, а в точке t₄ заканчивается.

Состав α-твердого раствора изменяется по линии Т _пА -С₁ ., После охлаждения структура – α.

Сплав 3

Начало кристаллизации аналогично сплаву I и II. В точке t₃ начало полиморфного превращения γ↔α, которое до конца не происходит.

Находим количество фаз при комнатной температуре:

Рисунок 3. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у двух компонентов: Т_А а Т_В – линия ликвидус, Т_А б Т_В – линия солидус, Т_пА с Т_пВ – линия начала полиморфного превращения γ↔α, Т_пА d Т_пВ – линия оканчания полиморфного превращения γ↔α

Все превращения образуют неограниченные твердые растворы (сначала γ, а затем при полиморфном превращении γ↔α).

Рисунок 4. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у одного из компонентов и с эвтектическим превращением: Т_А СТ_В – линия ликвидус, Т_А ECPТ_В – линия солидус, ECP – линия эвтектического равновесия: , Т_пА – температура полиморфного превращения компонента А: А_1α ↔А_2δ

Рисунок 5. Диаграмма состояния с полиморфным превращением двух компонентов и с эвтектическим превращением: Т_А СТ_В – линия ликвидус, Т_А ECFТ_В – линия солидус, Т_пА – температура полиморфного превращения компонента А: А_1α ↔А_2δ

Если до и после превращения количества жидкости практически равны-то это полиморфное превращение., ЕСF – эвтектическое равновесие:, Т _пВ – линия полиморфного превращения: В_1β ↔В_2γ .

Рисунок 6. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у одного из компонентов и с перитектическим превращением: Т_А FТ_В – линия ликвидус, Т_А PSТ_В – линия солидус, PSF – линия перитектического равновесия: , Т_пА – температура полиморфного превращения: А₁ ↔ А₂ , линия T_пА PSF – начало полиморфного превращения, линия окончания полиморфного превращения Т_пА -S: α₁ ↔α₂ .

Сплав 1

Сплав 2

Ниже t ₁ происходит выделение кристаллов α₁ ., При t₂ перитектическое превращение: (полиморфное превращение).

18 стр., 8745 слов

Медь и сплавы на ее основе: латуни, бронзы. Их свойства, применение, ...

... чаще двухфазные (a+b|). Никель увеличивает растворимость цинка в меди, и при достаточном его содержании латунь из двухфазной становится однофазной. Свинец облегчает обрабатываемость резанием ... свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов: О ...

Сплав 3

При t ₂ – перитектическое превращение: ., Ниже t₃ структура α₂ заканчивается полиморфное превращение.

Сплав 4 – аналогично.

Рисунок 7. Диаграмма состояния с полиморфным превращением двух компонентов и с эвтектоидным превращением: Т_пА и Т_пВ – начало полиморфных превращений А и В , ECF – линия эвтектоидного равновесия, эвтектоидное превращение заключается в том, что из одной твердой фазы образуется две твердые фазы: , Т_пА E – конец полиморфного превращения компонента А , Т_пВ F – конец полиморфного превращения компонента В , EN – линия ограниченной растворимости компонента В в А .

Сплавы:

Е’С – доэвтектоидные: α+эвт-д (α+β)., С – эвтектоидный: э (α+β).

CF’ – заэвтектоидные: β+э (α+β).

Фазы: α+β.

Разновидность эвтектоидного превращения:

Рисунок 9. Диаграмма состояния с полиморфным превращением у 2-х компонентов и с перитектоидным превращением

Линия ликвидус и солидус (указать)., Т _пА РТ_пВ – начало полиморфного превращения γ↔α; γ↔β.

Т_пА – начало полиморфного превращения компонента А .

Т_пВ – начало полиморфного превращения компонента В .

FT_пВ – конец полиморфного превращения компонента В : γ↔β.

Т_пА D – конец полиморфного превращения: γ↔α (А ).

PDF – линия перитектоидного равновесия: γ _Р + β_F ↔ α_D .

Сплав 1

Интервал 1–2 – полная кристаллизация: Ж↔γ., Ниже t ₃ из γ твердого раствора выделяется кристаллы β-фазы.

Ниже t₄ за счет взаимодействия двух старых твердых фаз (перитектоидне превращение) образуется новая кристаллическая фаза: γ_Р +β_F ↔α_D .

Сплав 2

При t ₄ : γ_Р + β_F ↔ α_D + β_{F(изб) ост.}

Рисунок 10. Микроструктура сплава

Сплав 3

При t ₄ : γ_Р + β_F ↔ α_D + γ_{Р (изб) ост.}

При понижении температуры γ _ост без превращений переходит в α-фазу.