materialoznawstwo - Analiza termiczna.doc

Analiza termiczna

Równowaga fazowa – występuje, gdy stosunki ilościowe między fazami układu, tj. skład fazowy pozostają stałe.

Równowaga termodynamiczna – jest funkcją stanu układu.

Równowaga termodynamiczna – oznacza  stan, w którym makroskopowe parametry układu, takie jak ciśnienie, objętość i wszystkie funkcje stanu, są stałe w czasie. Na równowagę termodynamiczną składają się: równowaga chemiczna (brak makroskopowego przepływu cząstek i reakcji chemicznych), mechaniczna (nie występują niezrównoważone siły) i termiczna (nie występuje przepływ energii).

Składniki układu – tak nazywamy pierwiastek lub związek niezbędny do utworzenia wszystkich faz występujących w całym układzie, np. stop żelaza z węglem, gdzie żelazo i węgiel są składnikami, natomiast ciekły węgiel w żelazie tworzy roztwory stałe węgla Fe - α ferryt), Fe - γ  (austenit) oraz Fe3C (cementyt), które są fazami.

Układ – jest to zbiór faz.

Faza – jest to część układu jednorodna pod względem fizycznym i krystalograficznym, oddzielona od reszty układu resztą międzyfazową (α, β, γ, …).

Istnieją układy jednoskładnikowe (H2O) – pojedyncze, Dwuskładnikowe – podwójne.

Fazy międzymetaliczne - Składniki stopu w stanie stałym mogą tworzyć też tzw. fazę międzymetaliczną, charakteryzującą się odmienną siecią krystaliczną niż sieci krystaliczne jej składników.

Stopień swobody - Dla układów termodynamicznych jest to liczba zmiennych stanu, które można zmieniać niezależnie od pozostałych zmiennych. Liczba stopni swobody układu jest w termodynamice zwykle oznaczana literą s.

Likwidus – linia powyżej, której znajduje się ciecz.

Solidus – linia poniżej, której znajduje się ciało stałe.

Energia swobodna – jest jednoznaczną funkcją stanu układu, np. energia Helmoltza (F) jest to układ o stałej temperaturze i objętości.

              F= E – TS

E – energia wewnętrzna

S – entropia

Reguła faz (Gibbsa) – określa liczbę stopni swobodnych [S] układu, tzn. liczbę zewnętrznych czynników, które można zmieniać nie powodując zmiany liczby faz w układzie.

                            S = n – f + 1

n – liczba składników

f – liczba faz

S = 0 – jest to układ niezmienny

S = 1 – jest to układ jednozmienny

S = 2 – jest to układ dwuzmienny, można zmienić dwa czynniki

Reguła dźwigni (reguła odcinków) – służy do określania procentowego udziału faz w stopie przy danej temperaturze w stanie równowagi.

Segregacja dendrytyczna

Jeżeli szybkość chłodzenia jest duża to poszczególne obszary dendrytów będą miały różny skład chemiczny. Segregacji dendrytycznej sp rzyja duża różnica temperatury miedzy liniami likwidus i solidus oraz mała szybkość dyfuzji składników.

Przemiany fazowe

Przemiana perytektyczna - polega na reakcji cieczy z wcześniej wydzielonymi kryształami fazy stałej, w wyniku której powstają kryształy odmiennej fazy stałej.

L + α ↔ β

Przemiana eutektyczna - polega na równoczesnym wydzielaniu sie z roztworu ciekłego przynajmniej dwóch faz stałych.

L ↔ a + β

mieszanina

eutektyczna

(eutektyka)

Przemiana eutektoidalna - polega na równoczesnym

wydzielaniu sie z fazy stałej przynajmniej dwóch odmiennych

faz stałych.

α ↔ β + γ

Ponieważ  podczas wszystkich tych przemian współistnieją ze sobą trzy fazy, to w układach dwuskładnikowych zachodzą one przy liczbie stopni swobody równej ZERO -> temperatura przemiany oraz składy chemiczne faz ulęgających przemianie są stałe – niezależne od składu chemicznego stopu.

Wykresy równowagi fazowej

Wykres fazowy dla  składników o nieograniczonej rozpuszczalności  składników w  stanie stałym

L - roztwór ciekły

α - roztwór stały ciągły

Wykres fazowy dla składników nierozpuszczających się wzajemnie w stanie stałym

Wykres fazowy z przemianą eutektyczną gdy składniki  rozpuszczają się w stanie stałym

Wykres fazowy z przemianą perytektyczną

Zmiany struktury stopów pod wpływem zmiany temperatury

Zmiany mikrostruktury w stopie podeutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie nadeutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie eutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie podeutektycznym podczas bardzo powolnego chłodzenia

Zmiany mikrostruktury w stopie podeutektycznym w którym nie zachodzi przemiana eutektyczna, podczas bardzo powolnego chłodzenia

Ćwiczenie

·         CEL

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem wyznaczania krzywych chłodzenia, sposobem konstrukcji wykresów równowagi fazowej oraz strukturami metali i stopów.

·         PRZEBIEG

Tabela przedstawia zestawienie temperatury [0C] oraz wartości mikrowoltomierza mierzonych przez 4,5 minuty przy odczytach pomiarów co 30 sekund.