Практическая работа по материаловедению

[svlasov]

Помогите пожалуйста
Необходимо сделать практическую работу, но вот не врубаюсь как:

1. Вычертить схему первого типа диаграмм состояния и построить графики изменения свойств сплавов в зависимости от их состава.
2. Для всех диаграмм состояния построить кривую охлаждения сплава и определить при конкретной температуре концентрацию и количество фаз сплава, пользуясь правилом фаз и правилом отрезков.

Читаю теорию, вроде бы все понятно, а вот как чертить не понимаю. Может быть кто-то сможет на пальцах объяснить бедному студенту?

Данные следующие: Sn-Zn, Температура 320*С / Концентрация 40%-60% соответственно.

Также дана диаграмма состояния Sn-Zn:


Буду премного благодарен!

[Гесс]

ну давайте начну я. Ваша точка выше или ниже кривой ВС? Сколько фаз над кривой? А под кривой?
Что происходит с расплавом по мере охлаждения? Он меняет свой состав? Из него что-то выделяется? Когда это прекратится? В какой момент в системе не останется жидких компонентов? При какой температуре и какой при этом будет состав расплава?

[Гесс]

Зависимость чего от чего должна быть представлена на кривой охлаждения? Как на ней выглядят:
1) застывание расплава без изменения состава? Варианты а) вертикальная прямая б) горизонтальная прямая в) наклонная прямая г) кривая
2) охлаждение расплава без изменения состава? Варианты теже.
3) охлаждение расплава, состав которого изменяется (для этого надо ответить на вопросы Зависит ли теплоемкость от состава? Зависит ли скорость остывания от состава?).

Вот такой вот я нехороший человек, вместо ответов - куча вопросов.

[Alex-lab]

А что означает вертикальная линия из точки С? След от сечения какой поверхности в Т-P-x пространстве она символизирует?
Судя по этой http://www.markmet.ru/diagrammy-splavov ... sink-sn-zn диаграмме под солидусом, в первом приближении, находится механическая смесь цинка и олова (точнее смесь твердых растворов олово-цинк и цинк-олово), а не некая "эвтектика" + метал. Или это вопрос терминологии? Ну да, твердый раствор может быть эвтектического состава, но разбивать эту область такой линией, лично мне, кажется методически и физикохимически не корректно.
Хорошим подспорьем при решении задач на поведение фигуративной точки является изучение ее поведения на конкретных примерах. Рекомендую пособия Халдояниди К. А., например,
"Фазовые диаграммы гетерогенных систем с трансформациями". Ссылки к сожалению нет.

[Гесс]

Думается в рамках этой задачи это действительно непринципиальный вопрос терминологии.

[svlasov]

ну давайте начну я. Ваша точка выше или ниже кривой ВС? Сколько фаз над кривой? А под кривой?
Что происходит с расплавом по мере охлаждения? Он меняет свой состав? Из него что-то выделяется? Когда это прекратится? В какой момент в системе не останется жидких компонентов? При какой температуре и какой при этом будет состав расплава?

Уважаемый Гесс, я понимаю, что Вы пытаетесь своими вопросами подвести меня к решению но это слабо помогает если честно

Сразу предупрежу, что в школе я учился более 20 лет назад Поэтому все забыл, но давайте попробуем...
Для начала, мне не совсем понятно, что от меня хотят в задании. Перечертить диаграмму согласно новым данным? Буду думать, что именно так.

Температура плавления Sn=231,9 °C
Температура плавления Zn=419,6 °C

Получается, что-то такое?:



1. Что происходит с расплавом по мере охлаждения? - он остывает? застывает?
2. Он меняет свой состав? -
3. Из него что-то выделяется? -
4. Когда это прекратится? -
5. В какой момент в системе не останется жидких компонентов? - При температуре 200 °C ?
6. При какой температуре и какой при этом будет состав расплава? -
7. Застывание расплава без изменения состава? Варианты а) вертикальная прямая б) горизонтальная прямая в) наклонная прямая г) кривая
8. Охлаждение расплава без изменения состава? Варианты теже.
3. Охлаждение расплава, состав которого изменяется (для этого надо ответить на вопросы Зависит ли теплоемкость от состава? Зависит ли скорость остывания от состава?).

На остальные вопросы затрудняюсь ответить...

[Гесс]

нененене!!!!
Никаких перечерчиваний диаграм. Эвтектика для конкретной смеси это такая же неизменная величина как например азеотроп.
Вам нужно пользоваться литературным графиком для описания того что у вас происходит.
Итак ставим точку на диаграмме соответствующую вашему составу и температуру. Она почти на кривой но я бы поставил ее чуть выше и далее говорил следующим образом: Система представляет собой расплав, одна фаза. При охлаждении его температура снижается а состав не меняется до момента пока эта "вертикаль не наткнется на кривую ВС. В этот момент (на будущее назову его 1) из расплава начинает выделяться металлический цинк. При этом температура продолжает снижаться. однако состав расплава разумеется меняется. Этот процесс проходит строго по кривой ВС в направлении точки С. Наконец при температуре 200 градусов вы получаете эвтектическую смесь. Этот момент я назову цифрой 2. Начиная с момента 1 до 2 сисетма двухфазная. Дальнейшее остывание приведет к застыванию расплава. Этот процесс не моментальный и температура до его окончания остается 200 градусов (аналогично воде которая не остывает ниже 0 до момента полного замерзания (переохлаждение игнорируем)). Момент когда в системе исчезает жидкая фаза назовем 3. Дальше ваш брусок состоящий из эвтектики и цинка просто остывает до нужной температуры без каких либо изменений.
Как все это выглядит на кривой охлаждения? По оси абсцисс время, по ординате температура. Предположим теплоемкость сплава не зависит от температуры и отбор тепла величина постоянная по времени. В таком случае от начала остывания до момента 1 скорость остывания будет постоянной: за каждую единицу времени температура падает на постоянную величину. Очевидно в вышеназванных координатах это прямая направленая сверхувниз слеванаправо. В момент 1 все становится плохо. Смесь продолжает остывать, но ее состав непрерывно меняется, теплоемкость непостоянная, фазовый переход цинка творит свое черное дело. В зависимости от строгости задачи 1) это все игнорируем и прорисовываем кривой направленной также но под другим углом (угол на данной диаграмме олицетворяет скорость остывания) 2) более корректно - прорисовываем кривой. Коль скоро никто все равно не будет учитывать вышеназванные факторы количественно то я бы прорисовывал это как правую ветвь перевернутой параболы - типа сначала остывание медленное а потом все быстрее и быстрее. Это просто визуально симпатичнее. Очень важный момент: Момент 1 это именно момент, то есть точка, в которой прямая переходит в кривую. Не забудьте отметить на ординате температуру этого грандиозного момента. Блин, в этот момент я таки заметил что у вас цинк-олово 60-40 а не 40-60. Это означает что половина вышеизложенных рассуждений вам ненужна, но стирать их мне нехочется ибо они ИМХО полезные. Просто учтите, что ваша точка под кривой, то есть вы имеете уже двухфазную систему состоящую из расплава и цинка. Состав расплава при данной температуре находится проведением горизонтали и спуском вертикали от точки пересечения горизонтали с ВС. Итак о чем это я. Ваша система стремительно охладлается от вашей температуры до 200 градусов по вышеописанной параболе (точки 1 у вас уже нет). И внезапно на 200 градусах ее настигает предательский момент 2. Время идет, а температура не меняется (на кривой охлаждения мы не видим того ужасного состояния окоченения расплава, но догадываемся что горизонтальное "плато" обязано фазовому переходу). И вот наконец наступает счастливый момент 3, когда температура с новой силой устремляеттся вниз. Приняв во внимание то что я писал выше для расплава постоянного состава и применив это для замерзшей системы получаем еще одну наклоную прямую слевасверху вправовниз.
Честноговоря немного утомился и искренне верю что остальное опишет кто-нибудь еще.

[Гесс]

http://matved2010.narod.ru/2KR-DIAG.HTM#zak226
http://libserv.tspu.edu.ru/files/katalo ... le(59).pdf

[Alex-lab]

Только за вот это наплевательское отношение к понятию элемента, господина Ротштейна читать не стоит : "Сплав– это вещество, полученное путем сплавления двух или более химических элементов (компонентов)." (http://libserv.tspu.edu.ru/files/katalo ... 859%29.pdf) Элементы нельзя сплавить, сплавить можно индивидуальные вещества. Элемент это химическая абстарация. Менделеев работал работал, и всё коту на смарку...

1. Вычертить схему первого типа диаграмм состояния и построить графики изменения свойств сплавов в зависимости от их состава.

Тут акцент требуется сделать на свойства сплава (в вашем случае сплав один Zn-Sn). В главе 6 Ротштейна говорится об этом.

2. Для всех диаграмм состояния построить кривую охлаждения сплава и определить при конкретной температуре концентрацию и количество фаз сплава, пользуясь правилом фаз и правилом отрезков.

Начертить схему, означает то, что вам требуется на типовую диаграмму поместить величины температур точек плавления отдельных компонентов и координаты эвтектики сохранив в общих чертах ход кривых. После этого, искомую точку (320С, 40-60 Sn-Zn) нанести на получившийся рисунок. Из это точки провести горизонтальные отрезки (те самые) до пересечения с ликвидусом и осью температур. Отношение длин отрезков даст обратное массовое отношение фаз с которыми они соприкасаются. Нужно помнить, что общее содержание цинка и олово задано в условии, в результате получается простая система уравнений из которого всё находится.

Грамотное описание с рабочими рисунками бинарных систем приводится например здесь: http://bibl.tikva.ru/base/B1245/B1245Part34-165.php, в частности, на рисунке Рис. VI 1.3. приведена в точности ваша диаграмма и в тексте подробно расписаны поведения фигуративной точки при охлаждении расплава (то, что объяснял "на пальцах" Гесс).

[Гесс]

Ваша ссылка действительно лучше моих. В отношении "сплава" это опять же вопрос терминологический. То есть существует большое количество задач для которых суть понятия неважна, некоторое количество ситуаций требующих четкого определения характерных отличий данного понятия от других (например сплав и смесь) и философская ситуация попытки дать исчерпывающее определение. Топикстартер находится в первой ситуации. Впрочем безусловно "говори и пиши правильно" ©.

Отрезки - геометрический вариант определения состава. Взяли линейку, приложили, поделили, получили.
Алгебаический вариант - определяем содержание элементов в расплаве при конкретной температуре (вертикалью из пересечения ликвидуса и горизонтали или из подходящей таблицы). Принимаем что все олово в расплаве, массу олова знаем - автоматически знаем массу расплава и массу цинка в расплаве. Вычитая массу цинка в расплаве из общей массы цинка получаем массу выделившегося цинка. Обе массы на руках - поделили, получили.

А "на пальцах", потому что ТС сказал что литератру уже читал и не понял.

[Alex-lab]

Ну я как бы тоже упомянул об этом, что бы автор не думал, что это нечто другое)). И элементы, всё таки, нельзя сплавлять)), ну нельзя сплавлять уравнения, или там графики, так же и с элементами))))). Без наездов)).