Размещено на http: //www. allbest. ru/

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Навчальний посібник

Основи матеріалознавства

Клименко В.М., Турич В.В.

Вінниця 2006

Передмова

Навчальний посібник написаний для студентів напрямків підготовки 7.091902 ''Механізація сільського господарства'', 7.090215 - Машини та обладнання сільськогосподарського виробництва'' та 7.090221 ''Обладнання переробних та харчових виробництв''. Він відповідає навчальним програмам предметів ''Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство'' і ''Матеріалознавство''.

Лабораторні роботи з цих дисципліни мають на меті надання студентам практичних навичок з проведення макро - та мікроструктурного аналізів металів і сплавів, запису кривих охолодження сплавів і побудові за ними діаграм стану, вміння аналізувати процеси, які відбуваються в сплавах при їх охолодженні і формуванні структур, проведення термічної обробки металів за різними режимами, призначення матеріалу при виготовленні конкретних деталей для сільськогосподарських машин і призначення оптимального режиму їх термічної обробки.

1. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

МАКРОАНАЛІЗ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Мета роботи: ознайомлення з методикою проведення макроструктурного аналізу; одержання практичних навичок виготовлення макрошліфів, вивчення поверхонь деталей, зламів, макрошліфів, виявлення макродефектів, неоднорідності, причин руйнування металу; отримання навичок зарисовки макроструктур.

Матеріали та обладнання. Для виконання цієї роботи студентам надаються зразки зламів і макрошліфів, лупи з 5 та 10-кратним збільшенням, відбитки на фотопапері, що зафіксували ліквацію сірки.

Теоретичні відомості. Макроскопічний аналіз (макроаналіз) металів і сплавів полягає в дослідженні їх будови неозброєним оком або за допомогою невеликих збільшень (до 30 разів). Макроаналіз дозволяє оцінити якість матеріалу, виявити наявність у ньому макродефектів, характер його попередньої обробки (лиття, обробка тиском, різання, зварювання, наплавлення, термічна і хіміко-термічна обробка та ін.), структурну і хімічну неоднорідність, волокнистість, причини і характер руйнації. Структура матеріалів, що спостерігається неозброєним оком або при невеликих збільшеннях, називається макроструктурою. Її можна зафіксувати фотознімком або малюнком.

За допомогою макроаналізу можна дати загальну оцінку стану великих поверхонь матеріалу або деталі в цілому і вибрати невеликі найбільш важливі і типові ділянки для подальшого поглибленого вивчення. Макроаналіз проводять шляхом вивчення зламів, макрошліфів або зовнішніх поверхонь заготівок і деталей.

Зовнішні, або поверхневі макродефекти, розташовані безпосередньо на поверхні виробів. Якщо вироби отримані методом лиття, то на їх поверхні найбільш часто зустрічаються такі дефекти:

1) пригар, що у вигляді твердої і важковідокремлюваної кірочки утворюється на поверхні виливка як результат фізичної або хімічної взаємодії металу, формової суміші та шлаку;

2) усадочні пустоти (раковини, пори), що утворюються в результаті усадки металу (зменшення об'єму) при його затвердіванні;

3) газові раковини (пухирі), які з'являються в металі під час його кристалізації внаслідок як значної газомісткості самого металу, так і проникнення в метал газів, які виділяються з ливарної форми;

4) ужимини - порожнини, заповнені формувальним матеріалом;

5) тріщини, що з'являються як результат високих напружень у виливках через опір форми їх усадці (неподатливості форми), а також неоднакових швидкостей охолодження різних частин литої заготовки;

6) неметалічні включення, що утворюються в результаті взаємодії компонентів сплаву, наприклад заліза, із розчиненими в ньому киснем, сіркою, азотом та внаслідок попадання шлаку і формової суміші при руйнуванні форми.

У пластично деформованих виробах залишається частина дефектів литого металу. Дефекти, що залишилися, при пластичному деформуванні металу видозмінюються. Усадочні пустоти перетворюються в розшарування. Деякі неметалічні включення (а також газові пухирі) з поверхні окислені і тому не заварюються в процесі гарячої обробки тиском, витягаються й утворюють прямі тонкі штрихи-тріщинки глибиною не більш 1,5 мм і довжиною від долей міліметра до декількох сантиметрів. Такі тріщинки, розташовані в напрямку деформування, називаються волосовинами. У деяких легованих сталях виявляються флокени - тонкі тріщини, що у поперечному перерізі являють собою овальні плями сріблясто-білого кольору. Вони особливо добре спостерігаються на зламах і протравлених макрошліфах. Походження флокенів пов'язано з поглинанням водню рідкою сталлю, його сегрегацією в місцях великих перекручувань кристалічного штахету затверділої сталі. Це призводить до появи значних напружень і, як наслідок, тріщин при пластичній деформації сталі, а також при її нерівномірному охолодженні або фазових перетвореннях. До дефектів пластично деформованого металу відносять також сильно розгалужені, проникаючі у глиб металу тріщини і раковини, викликані перепалом (тобто окислюванням металу по межах зерен); надриви, обумовлені надмірно великим ступенем деформації; окалину - прошарки окисленого металу (якщо вона втиснена в метал, на його поверхні утворюється рябизна).

У термічно обробленому металі часто виявляються зневуглецювання і гартівні тріщини. Зневуглецювання поверхневих шарів стальних виробів є результатом окисної дії пічного газового середовища. На поверхні виробів виникають ділянки зі зниженою твердістю - м'які плями. Гартівні тріщини мають зигзагоподібний характер, часто утворюють сітку. Краї гартівних тріщин, на відміну від тріщин гарячедеформованого металу, не зневуглецьовуються, оскільки такі тріщини утворюються в процесі загартування при охолодженні виробів до температур нижче 100° С або після повного охолодження.

У зварних виробах основними дефектами є тріщини, як результат високих напружень, і непровар. Непровар - місцева відсутність з'єднання основного металу і наплавленого. Цей дефект виникає при забрудненні поверхонь, що зварюються або недостатнього розігріву основного металу. Можливий також перепал через високу температуру нагрівання металу в процесі зварювання. Він утворюється при порушенні режиму теплової обробки (висока температура нагрівання в кисневому середовищі), що викликає інтенсивне окислювання металу вздовж меж зерен. Це робить метал крихким. Перепал є дефектом непоправним.

За результатами дослідження поверхонь виробів робиться мотивований висновок про можливість їхньої подальшої експлуатації.

Внутрішні дефекти, що можуть призвести до руйнації виробу, виявляються при вивченні зламів.

Зламом називається поверхня, що утворюється внаслідок руйнації металу. Злами металів можуть істотно відрізнятися по кольору. Так, сталі і білі чавуни, в яких весь вуглець пов'язаний у цементиті, мають злам світло-сірого кольору. У графітизованих сталей і чавунів, у яких вуглець знаходиться переважно у вигляді графіту, злам чорного кольору.

На поверхні зламів можна бачити дефекти, що сприяли руйнації. В залежності від складу, будови металу, наявності дефектів, умов обробки й експлуатації виробів злами можуть мати в'язкий, крихкий або від втоми характер.

Рис. 1.1 Злами сталі: а - в'язкий; б - крихкий; в - змішаний

В'язкий (волокнистий) злам (рис. 1.1, а) має бугристо-згладжений рельєф і свідчить про значну пластичну деформацію, що передує руйнації. По вигляду в'язкого зламу не можна судити про форму і розміри зерен металу.

Крихкий (кристалічний) злам (рис. 1.1, б) характеризується наявністю на поверхні плоских блискучих ділянок (фасеток). Так як руйнація протікає без помітної пластичної деформації і форма зерна не спотворюється, то на крихкому зламі видно вихідні форма і розмір зерен металу. При цьому руйнація може відбуватися через зерна (транскристалічний злам) або по межах зерен (інтеркристалічний, або міжкристалічний, злам). Руйнація по межах зерен має місце при наявності на межах неметалічних включень (фосфіди, сульфіди, оксиди тощо) або інших виділень, що послаблюють міцність меж зерна.

Крихка руйнація найбільш небезпечна, тому що відбувається частіше всього при напруженнях нижче межі текучості матеріалу. Її виникненню сприяють наявність поверхневих дефектів, конструктивні прорахунки (різка зміна перетину, товстостінність деталей), низька температура й ударні навантаження при роботі, крупнозернистість металу, виділення по межах зерен крихких фаз, міжзеренна корозія. Різновидами крихкого зламу є нафталіністий, каменевидний, фарфоровидний та ін.

Нафталіністий злам - транскристалічний із значним зерном і вибірковим блиском, подібним блиску кристалів нафталіну. Він свідчить про підвищену крихкість сталі і спостерігається в легованих, переважно швидкоріжучих сталях. Причиною виникнення такого зламу є перегрів сталі, що викликає укрупнення зерен і утворення визначеної орієнтації структурних складових (текстура). Зовнішньо в зламі текстура виявляється як одне значне зерно. Нафталіністий злам усувається шляхом багатократних повторних фазових перекристалізацій металу.

Крихкий злам називають каменевидним, якщо метал має грубозернисту будову, а руйнація носить переважно міжкристалістичний характер. Причина утворення такого зламу - перерозподіл домішок при перегріві металу з виділенням їх у прикордонних ділянках зерен. Каменевидний злам можна усунути шляхом гомогенізуючого відпалу.

Зазвичай злами бувають змішаними. При змішаному зламі (рис. 1.1, в) на його поверхні спостерігаються ділянки в'язкої та крихкої руйнації.

Фарфоровидний злам характерний для правильно загартованої сталі, вид зламу матовий, дрібнозернистий.

Від втоми злам (рис. 1.2) утвориться в результаті тривалого впливу на метал напружень, які циклічно змінюються в часі, і деформацій. Злам складається з трьох зон: зародження тріщини, поширення тріщини від втоми і долому. Механізм руйнації від втоми такий. Тріщина при руйнації від втоми виникає в місцях, де є концентратори напружень або дефекти. Перша зона плоска і гладенька. Збільшуючись при роботі деталі, тріщина утворює зону поширення від втоми з характерними концентричними борозенками або дугами і дрібнозернистим, фарфоровидним зламом. Найчастіше вона має окремі ділянки гладенької притертої поверхні. Долом відбувається раптово, коли ослаблений тріщиною перетин деталі не здатний витримати механічного навантаження. Долом буває в'язким або крихким.

Рис. 1.2 Злам штока компресора від втоми: 1 - зона зародження тріщини; 2 - зона поширення тріщини; 3 - зона долому.

У практиці широко використовують такий метод макроаналізу, як дослідження макрошліфів. Макрошліф - це зразок із плоскою шліфованою і протравленою поверхнею, вирізаний із досліджуваної ділянки деталі або заготівки. Його одержують таким способом. На металорізальному верстаті або ножівкою вирізують зразок, одну з плоских поверхонь якого вирівнюють напилком або на плоскошліфувальному верстаті. Потім зразок шліфують вручну або на шліфувально-полірувальному верстаті шліфувальною шкуркою різної зернистості. Шліфування шкуркою проводять в одному напрямку, після чого потрібно змити залишки абразиву водою. Переходячи на більш дрібну шкурку, повертають зразок на 90° і проводять обробку до повного зникнення рисок, утворених попередньою шкуркою. Зразок промивають водою, просушують і піддають глибокому або поверхневому травленню. Перед травленням зразок знежирюють і очищають, як правило, етиловим спиртом.

Деякі реактиви, що використовуються для глибокого травлення макрошліфів, наведені в таблиці

Сплави	Реактив, його призначення та склад	Особливості травлення
Вуглецеві та низьколеговані сталі, чавуни	Виявлення ліквації, дефектів, дендритності, неоднорідності, волокнистості	10...20 мл сірчаної кислоти, 90...80 мл води	Температура - 20 або 70°С, тривалість - декілька годин
Високолеговані і корозійностійкі сталі	Виявлення загальної макроструктури, дефектів, ліквації, волокнистості, дендритності	10 мл сірчаної кислоти, 50 мл соляної кислоти, 40 мл води	Киплячий розчин, тривалість - 10...60 хв.

Реактив активно взаємодіє з тими ділянками, де є дефекти і неметалічні включення, протравлює їх більш сильно і глибоко. Поверхня макрошліфа утворюється рельєфною. За допомогою реактивів для глибокого травлення виявляються навіть внутрішні дефекти (пори, раковини, ліквація, волосовини, тріщини, флокени та ін.), що не виходять безпосередньо на поверхню деталі. Поверхневе травлення, проведене менш агресивними реактивами, дозволяє виявити в сталях, чавунах і кольорових сплавах ліквацію, макроструктуру литого або деформованого металу, дефекти, якість зварних з'єднань, структурну неоднорідність матеріалу, підданого термічній або хіміко-термічній обробці.

Протравлений макрошліф промивають водою для видалення протравлювача, оброблюють спиртом, висушують із метою запобігання корозії.

Макроаналіз макрошліфів дозволяє виявити структурну (наприклад, у сталі, загартованої струмами високої частоти) або хімічну (наприклад, у сталі, навуглецьованій або в наплавленій зносо- і корозійностійким сплавом) неоднорідність, що виникла при обробці готових виробів. Хімічна неоднорідність сплаву, що виникає при його виробництві, називається ліквацією. Особливо схильні до ліквації в сталі вуглець, сірка і фосфор.

Важливо знати розподіл у сталі шкідливих домішок сірки і фосфору, що створюють істотний вплив на структуру металу і його властивості. Сірка викликає червоноламкість сталі, тобто крихкість при високих температурах, а фосфор - холодноламкість, тобто крихкість при низьких температурах. Тому вміст сірки і фосфору в сталях суворо регламентується. Характер розподілу названих елементів залежить від процесу кристалізації металу у виливку або у зварному з'єднанні і від виду обробки тиском.

Загальну ліквацію вуглецю, фосфору і сірки дозволяє оцінити обробка макрошліфу реактивом Гейна (8 г хлористого аміакату міді на 100 мл води) При взаємодії шліфа і реактиву, залізо з поверхневого шару сталі переходить у реактив, на його місце осаджується мідь, що захищає сталь від подальшого впливу реактиву.

Місця скупчень вуглецю, сірки і фосфору в меншій степені захищені міддю і протравлюються сильніше. Після видалення під струменем води шару міді, ці ділянки виглядають темніше (рис. 1.3.).

Ліквацію сірки в сталі або чавуні можна оцінити методом Баумана ( реактив - 5 мл сірчаної кислоти, 100 мл води). Не фіксований фотопапір змочують реактивом, притискають емульсією до макрошліфу на 1...10 хв, промивають, фіксують, знову промивають і висушують.

Сірка знаходиться в сталі в складі сульфідів (Fe і Mn) При взаємодії їх із сірчаною кислотою, що залишилася на фотопапері, утворюється сірководень (FeS + H2SO4 FeSO4 + H2S). Сірководень взаємодіє з бромистим сріблом фотоемульсії (2AgBr + H2S 2HBr + Ag2S). Темні ділянки, що утворюються Ag2S виявляють форму і характер розподілу сірки в досліджуваному металі. На рис.1.4 показаний макрознімок (відбиток, зроблений за методом Баумана), на якому чітко видно ліквацію сірки по перетині рейки.

З ліквацією хімічних елементів також тісно пов'язані дендритність структури литих сплавів і волокнистість структури деформованих металів. Дендритами називають кристали (зерна) литого металу, що мають деревоподібну форму. Шкідливі домішки у вигляді неметалічних включень (сульфідів, фосфідів, оксидів) і деякі легуючі елементи накопичуються частіше всього в міждендритних просторах.

Рис. 1.3 Хімічна неоднорідність зварного з'єднання

Продукцією металургійних підприємств, як правило, є метал, що перетерпів гарячу обробку тиском - кування або прокатування. При деформуванні дендрити, спочатку дезорієнтовані, поступово витягуються вздовж напрямку деформації. Витягуються і неметалічні включення. У результаті цього формується типова для прокатаного металу стрічкова, волокниста структура. Таку волокнисту будову металу називають первинною стрічковістю. Повторна стрічковість утворюється в доевтектоїдній сталі (та в деяких легованих при їх охолодженні від високих температур) у результаті виділення надлишкового фериту з аустеніту на витягнутих неметалічних включеннях. Макроаналіз дозволяє встановити і спосіб виготовлення деталей - обробка тиском (рис.1.5, а) або різанням (рис.1.5, б).



Рис. 1.4. Ліквація сірки в сталі

Рис. 1.5 Макроструктура болтів, виготовлених: а - штампуванням; б - різанням

Волокниста будова металу обумовлює різко виражену анізотропію його властивостей (розходження їх показників вздовж і поперек волокна).

Пластичність, ударна в'язкість і міцність зразків, вирізаних вздовж волокон, вище. Тому відповідальні деталі особливо, що працюють при високих динамічних навантаженнях (колінчасті вали, шестерні, шатуни, молотові штампи, клапани, гаки тощо), виготовляють так, щоб волокна в них не перерізалися, а відповідали конфігурації виробу. При обробці різанням деталі з деформованої сталі її волокна перерізаються, що різко знижує міцність деталі.

Завдання на роботу

1. Ознайомитися з методикою приготування макрошліфів.

2. Вивчити колекцію зразків з основними дефектами, що спостерігаються на їх поверхні. Замалювати ці дефекти.

3. Дослідити і замалювати макроструктуру макрошліфів із хімічною неоднорідністю (зварні з'єднання, деталі, зміцнені термічною, хіміко-термічною обробкою або наплавленням) деталей, виготовлених різанням і обробкою тиском.

4. Оцінити ліквацію на макрошліфі згідно з методом Баумана.

5. Вивчити і замалювати основні види зламів (в'язкий, крихкий, від втоми).

6. Зробити висновки і скласти звіт по роботі відповідно до завдань (у звіті обов'язково повинні бути зазначені тема, мета роботи, пояснення до кожної розглянутої макроструктури).

Контрольні питання для самопідготовки

1. Які дослідження дозволяє виконувати макроструктурний аналіз металів і сплавів?

2. Яким методом досліджується ліквація сірки в металі?

3. Що можна дослідити методом зламів зразків металів і сплавів?

4. Яким методом досліджується волокниста макроструктура металів?

5. Що досліджується методом Баумана?

6. Яким спостерігається злам металу від втоми?

2. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

МІКРОАНАЛІЗ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Мета роботи: Освоїти технологію приготування мікрошліфів, вивчити будову металографічного мікроскопа і навчитись на ньому працювати, вивчити мікроструктуру сплаву до та після травлення і навчитись зарисовувати найпростіші мікроструктури.

Матеріали та обладнання. Для проведення даної лабораторної роботи студентам надаються зразки сплавів, набір шліфувального паперу, верстат для полірування зразків, паста ГОІ, реактив для протравлювання шліфів, спирт, фільтрувальний папір, металографічний мікроскоп, набір об'єктивів і окулярів.

Теоретичні відомості. Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) металів і сплавів полягає в дослідженні будови (мікроструктури) металу за допомогою оптичного (при збільшенні від 50 до 1500 разів) або електронного (при збільшенні до 100000 раз) мікроскопа. Між мікроструктурою металів та їх властивостями існує чіткий зв'язок. Мікроаналіз дозволяє визначити форму і розміри окремих зерен і фаз, а також їх вміст, відносне розташування, виявити наявність у металі включень, мікродефектів і судити про властивості металів і сплавів, про попередню обробку цих матеріалів (лиття, деформування, термічна обробка). Мікроаналізу піддають спеціально підготовлені зразки, які називають мікрошліфами.

Мікрошліфи готують у такий спосіб. Місце вирізання зразка вибирають у залежності від задач дослідження (у ряді випадків порядок і місце вирізання суворо регламентуються Держстандартами). У випадку з'ясовування причин руйнації деталей під час експлуатації зразки вирізують поблизу місця руйнації ножівкою, фрезою, різцем, алмазними, вулканітовими кругами або електроіскровим методом. При вирізанні і наступному шліфуванні зразка неприпустиме значне нагрівання (вище 150о С), тому що воно може викликати істотні структурні зміни металу.

Зазвичай зразки мають форму циліндра або чотиригранника з лінійними розмірами 10...20 мм. У випадку, коли розміри мікрошліфів малі (дріт, тонкий лист, дрібні деталі), останні закріплюють у спеціальних затискачах (струбцинах) або заливають в оправки такими матеріалами як сплав Вуда (50%Ві, 25%Pb, 12,5%Sn, 12,5%Cd) з температурою плавлення 68О С, епоксидні або акрилові смоли, пластмаси.

Поверхню зразка роблять плоскою і шліфують вручну або на верстатах наждачним папером різної зернистості (різних номерів): спочатку, для чорнового шліфування, беруть більш грубий папір (номери 12…6), а потім, для чистового, заключного шліфування - папір номерів 5…3 (номер визначає приблизний розмір абразивних зерен в сотих частках міліметра). Якщо шліфування ведуть вручну, шліфувальний папір кладуть на рівну плоску поверхню (наприклад, на товсте скло) і зразок переміщують по ньому в одному напрямі, перпендикулярному до слідів (рисок), що залишилися після попередньої обробки до повного зникнення цих слідів. Після шліфування залишки абразиву змивають водою з поверхні шліфа. Потім для видалення дрібних рисок, що залишилися після шліфування найдрібнішою шкуркою, зразок полірують.

Існуючі засоби полірування засновані на механічному або електрохімічному способі видалення матеріалу, або на їх комбінації. Механічне полірування ведуть на полірувальному верстаті, диск якого обтягнутий тканиною (фетр, оксамит, тонке сукно). Тканину періодично поливають водною суспензією, що містить дрібні абразивні частки оксидів алюмінію, хрому або заліза. Добрим полірувальним матеріалом є алмазні пасти, паста ГОІ Коли поверхня набуває дзеркального блиску, полірування припиняють. На якісно відполірованому мікрошліфі при спостереженні під мікроскопом відсутні риски, подряпини та інші механічні дефекти.

Мікрошліф промивають водою, потім спиртом, просушують стиснутим повітрям або фільтрувальним папером. Після полірування під мікроскопом спочатку вивчають не травлений шліф, потім - протравлений.

При вивченні не травленого шліфа можна виявити різноманітні мікродефекти, наприклад, мікротріщини, та неметалічні включення (оксиди, сульфіди, графіт - рис.2.1) в металевій основі, яка має світлий вигляд при спостереженні під мікроскопом. Після перегляду не травленого мікрошліфу його піддають травленню, щоб виявити мікроструктуру металевої основи шліфа. Для сталі та чавуну найчастіше застосовують 2…5% - ний розчин азотної кислоти в етиловому спирті.. Поліровану поверхню шліфа занурюють у реактив на 3…10 с до утворення рівного матового відтінку без наявності будь-яких плям. Потім шліф промивають водою, спиртом і просушують фільтрувальним папером.

Рис. 2.1 Неметалеві включення в сталі та чавуні а - оксиди; б - сульфіди; в - графіт

Внаслідок неоднакової протравлюваності різних структурних складових на поверхні мікрошліфу створюється мікрорельєф, складові якого по різному відбивають світло, що падає на поверхню шліфа через оптичну систему мікроскопа. Структура, що розчинилась на більшу глибину, під мікроскопом має темний колір, а структура, яка розчинилась менше, має світлий колір (рис.2.2,а, в). Границі зерен будуть видні у вигляді тонкої темної сітки (рис.2.2, б, г).

Будова металу, що спостерігається під мікроскопом, називається мікроструктурою, яка є зображенням досить малої дільниці поверхні, складене з відбитих від неї світлових променів.

Загальний вигляд металографічного мікроскопа МИМ-7 показано на рис.2.3

Він складається з таких основних систем: оптичної, освітлювальної з фотографічною апаратурою і механічної.

Оптична система мікроскопа включає об'єктив і окуляр, від яких залежить збільшення мікроскопа, і ряд допоміжних елементів (призми, дзеркала, лінзи й ін.). Об'єктив, що є складним сполученням лінз, дає дійсне збільшене обернене зображення мікроструктури мікрошліфа. Окуляр складається з декількох лінз і призначений для збільшення зображення, отриманого об'єктивом, і перетворення його з оберненого в пряме.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 2.2 Схеми, які пояснюють видимість протравлених шліфів під мікроскопом а, в - зерна у впадинах - темного кольору, виступаючі - світлого; б, г - границі зерен металів і твердих розчинів

Збільшення мікроскопа визначається добутком збільшення окуляра на збільшення об'єктива.

В освітлювальну систему мікроскопа входять джерело світла, серія лінз, світлофільтрів і діафрагм. Джерелом світла є електрична лампа (17 В), що включається в мережу через понижуючий трансформатор.



Рис. 2.3 Загальний вигляд мікроскопу МИМ - 7. 1 - основа, 2 - корпус, 3 - фотокамера, 4 - мікрометричний гвинт, 5 - візуальний тубус з окуляром, 6 - ручка ілюмінатора, 7 - ілюмінатор, 8 - предметний столик, 9 - клеми, 10 - гвинти переміщення столика, 11 - макрометричний гвинт, 12 - освітлювач, 13 - ручка світофільтрів, 14 - стопорний пристрій освітлювача, 15 - рамка з матовим склом

Вивчення протравленого шліфа дозволяє вирішувати ряд задач при аналізі мікроструктурної будови металу або сплаву: встановлювати кількість структурних складових сплаву та характер їх розташування; величину зерен (шляхом їх співставлення зі спеціально встановленою шкалою або безпосереднім вимірюванням, знаючи величину збільшення); вид термічної обробки і правильність вибору її режиму (температури нагрівання, швидкості охолодження); приблизний вміст деяких елементі, наприклад, вуглецю у відпалених сталях.

Між структурою та властивостями металів і сплавів існує пряма залежність. Тому в практиці металознавства мікроаналіз є одним з основних методів, які дозволяють вивчати будову металів і сплавів, а, отже, отримувати дані про їх властивості.

Завдання на роботу

1. Вивчити будову металографічного мікроскопа і засвоїти прийоми роботи на ньому.

2. Приготувати мікрошліф (наприклад, сірого чавуна або сталі), вивчити і замалювати його структуру до і після травлення.

3. Зробити висновки і скласти звіт по роботі відповідно до вищевказаних пунктів завдань

Зміст звіту

У звіт потрібно включити технологію приготування мікрошліфів, реактив, який застосовується для травлення чавуну та сталі, схеми мікроструктур і їх описання. У висновках вказати на особливості будови досліджуваного металу до і після травлення, наявність неметалевих включень, дефектів і їх вплив на властивості металу.

Контрольні питання для самопідготовки

1. З якою метою проводиться мікроструктурний аналіз металів і сплавів?

2. Технологія виготовлення мікрошліфів.

3. З якою метою мікрошліфи протравлюють?

4. Які реактиви застосовуються для протравлення шліфів?

3. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНИХ ТОЧОК І ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ ''СВИНЕЦЬ - СУРМА''

Мета роботи: Освоїти методику побудови кривих охолодження металів і сплавів, визначення на них критичних точок методом термічного аналізу; навчитися будувати та аналізувати діаграми стану подвійної системи на прикладі сплаву свинець - сурма.

Матеріали та обладнання. Для виконання даної лабораторної роботи необхідні такі матеріали та обладнання: електрична піч, термопара, тиглі з навісками свинцю, сурми та їх сумішей, мілівольтметр зі шкалою від 0 до 500 мВ.

Теоретичні відомості.

При нагріванні відбувається плавлення твердих тіл, при охолодженні - їх кристалізація (затвердіння). Будь-які зміни в стані металу або сплаву (фазові, структурні перетворення) супроводжуються тепловим ефектом. При нагріванні відбувається поглинання тепла, а при охолодженні виділення тепла.

Температури, при яких відбуваються зміни стану сплаву, називаються критичними. Реєстрація зміни температури сплаву в часі здійснюється термічним методом.

При термічному аналізі за експериментальними даними будують графіки залежності зміни температури сплаву в часі в процесі охолодження (або нагрівання) з постійною швидкістю. Такі графічні залежності називаються кривими охолодження або нагрівання.

При охолодженні аморфного тіла, наприклад смоли або скла, його температура буде падати поступово і безперервно, перехід з рідкого стану в твердий буде поступовим. Графік нагрівання буде мати вигляд кривої I, показаної на рис.3.1, а. Крива охолодження II буде являти собою дзеркальне відображення кривої нагрівання.

Кристалічні речовини мають певну фіксовану температуру плавлення або кристалізації. Графік нагрівання чистого металу, побудований в осях координат час - температура, матиме вигляд кривої I, показаної на рис.3.1, б. Графік охолодження чистого металу буде являти собою дзеркальне відображення графіку нагрівання (рис. 3.1,б,крива II). Точка 1 на графіку охолодження відповідає початку кристалізації, точка 2 - кінцю кристалізації. На графіку нагрівання точка 1 відповідає початку плавлення, а точка 2 - кінцю плавлення. Процеси кристалізації і розплавлення здійснюються при постійних температурах (на графіках - горизонтальна площадка, нижче якої метал знаходиться в твердому стані, вище - в рідкому). Ці температури, а також температури будь-яких інших змін в стані металу або сплаву, які спостерігаються в ньому при нагріванні або охолодженні і супроводжуються поглинанням або виділенням тепла як і відповідні їм точки на графіках нагрівання або охолодження називаються критичними.

Рис. 3.1 Графіки нагрівання і охолодження: а - аморфного тіла; б - кристалічного тіла (чистого металу)

По критичним точкам температурних кривих (наприклад, початок або кінець кристалізації) будують діаграму стану сплаву.

Діаграма стану сплавів - це графічне зображення зміни структури і фазового складу сплавів в залежності від температури та концентрації.

На рис.3.2 зображена діаграма стану сплавів свинець - сурма в координатах температура (°С) - концентрація компонентів (%). Початок осі абсцис (вісь концентрацій) відповідає 100% свинцю і 0% сурми; кінець осі абсцис - 0% свинцю і 100% сурми.



Рис. 3.2 Діаграма стану та криві охолодження сплавів свинець - сурма

Лінію АСВ, по якій рідкий сплав при охолодженні починає кристалізуватись (твердіти), називають лінією ліквідусу (ліквідус - рідина). Лінію DCE, по якій закінчується кристалізація сплаву, називають лінією солідус (солідус - твердий).

Сплав з концентрацією компонентів: Sb = 13%, Pb = 87% називається евтектичним (від грецького - легкоплавкий). Евтектичними називаються сплави, для яких характерно:

1. Початок і кінець кристалізації відбуваються при одній і тій же температурі (точки ліквідус та солідус співпадають);

2. Найменша температура плавлення серед сплавів даної системи;

3. Структура таких сплавів є механічна суміш компонентів ( в даному випадку свинцю та сурми).

Сплави, які мають концентрацію сурми менше, ніж евтектичний (менше 13%) і розміщені на діаграмі лівіше точки С називаються доевтектичними.

Сплави, що мають концентрацію сурми більше евтектичного і розміщені правіше точки С на діаграмі, називаються заевтектичними.

З діаграми видно, що доевтектичні сплави мають температури кристалізації (або плавлення) по лінії АС; заевтектичні - по лінії СВ. Кінець кристалізації всіх сплавів закінчується утворенням евтектики (лінія DCE).

Сплави різної концентрації мають різну структуру, отже і різні властивості. Вище лінії АСB сплави будуть рідкими. На ділянці АСD буде рідкий сплав з кристалами свинцю, на ділянці СВЕ буде рідкий сплав з кристалами сурми. Нижче лінії DCE буде твердий сплав.

По лінії СС1 - евтектичний сплав, на ділянці DСС1D1 - сплав складається з кристалів евтектики і кристалів свинцю, це сплав доевтектичний. На ділянці СЕЕ1С1 - заевтектичний сплав, він складається з кристалів евтектики і кристалів сурми.

Діаграма стану сплаву свинець - сурма являється діаграмою першого роду.

За діаграмою стану першого роду кристалізуються сплави, компоненти яких в рідкому стані необмежено розчиняються один в одному, а в твердому стані зовсім не розчиняються і утворюють механічну суміш компонентів.

За діаграмою стану першого роду кристалізуються такі сплави як: олово-цинк, свинець-сурма та інші.

Правило відрізків

В процесі кристалізації змінюється і концентрація компонентів в фазах, і кількість кожної фази сплаву {при кристалізації кількість твердої фази збільшується, а рідкої зменшується).

Фазою називається хімічно однорідна частина сплаву, відокремлена від інших його частин поверхнею розділу (границею). Фазами в сплавах можуть бути хімічні елементи, хімічні сполуки, рідкі та тверді розчини.

В будь-якій точці діаграми, коли в сплаві одночасно існують дві фази, можна визначити кількість обох фаз і їх концентрацію. Для цього служить правило відрізків, або правило важеля.

Правило відрізків (правило важеля) застосовують для визначення:

1. Концентрації компонентів в фазах;

2. Кількості (ваги) фаз сплаву в будь-якій точці діаграми.

Використаємо правило відрізків для аналізу стану сплаву в точці b (рис. 3.2). Проведемо горизонтальну лінію (коноду) через точку b до перетину з лініями діаграми. Одержимо лінію ас. Точка b ділить лінію ас на відрізки аb і bс.

Для визначення концентрації компонентів в фазах необхідно з точок перетину коноди з лініями діаграми опустити перпендикуляри на вісь концентрацій (вісь абсцис) діаграми стану (рис. 3.2).

Наприклад, в точці b (рис. 3.2) сплав складається з кристалів сурми і рідини. Опустивши перпендикуляр з точки а на вісь концентрацій, визначимо концентрацію компонентів в рідині. Вона становить 48% Pb та 52% Sb. Опустивши перпендикуляр з точки с на вісь абсцис, побачимо, що тверда фаза в даній точці складається з кристалів сурми (100% Sb).

Згідно з правилом відрізків, кількість (вага), наприклад, твердої фази - кристалів сурми, в даній точці діаграми, так відноситься до кількості всього сплаву, як довжина відрізка, що прилягає до лінії ліквідус аb, відноситься до повної довжини лінії ас.

звідки:

Аналіз кривих охолодження

На рис. 3.2 зображені криві охолодження для чистих металів (Pb, Sb) I, V та їх сплавів II, III, IV.

Для аналізу кривих охолодження застосовують правило фаз (закон Гіббса), яке виражається формулою

С = К- Ф + 1,

де: С - число ступенів вільності, тобто число зовнішніх факторів (температура, концентрація), які можна змінювати без зміни числа фаз в сплаві; К - число компонентів ( в сплавах свинець - сурма К = 2 , це свинець і сурма); Ф - число фаз.

Температура плавлення чистого свинцю - 327°С, сурми - 630 °С.

Доевтектичному сплаву (6% Sb, 94% Pb) відповідає крива II. Вище точки 1 сплав знаходиться в рідкому стані і має одну фазу, тоді С = 2-1+1=2. При двох ступенях вільності в цій області можна змінювати концентрацію та температуру, а сплав залишиться однорідним - рідким. Крива охолодження круто падає вниз.

Точка 1 - початок кристалізації, точка 2 - кінець кристалізації. В інтервалі температур від точки 1 до точки 2 проходить.утворення кристалів свинцю, на цій ділянці сплав являє собою суміш рідини і кристалів свинцю. Тобто між точками 1 і 2 існує дві фази - рідка і тверда: С = 2-2+1=1. При одному ступені вільності незалежною змінною являється тільки температура. З пониженням температури сплаву кристалів утворюється більше, рідини залишається менше.

На ділянці 2-2ґ залишки рідини.кристалізуються в механічну суміш свинцю та сурми - евтектику, де матимемо три фази (кристали свинцю, кристали сурми і рідкий сплав). Число ступенів вільності С = 2-3+1=0. При цьому виділяється велика кількість теплоти і температура залишається постійною.

Нижче точки 2 сплав знаходиться повністю в твердому стані і його структура складається з кристалів свинцю та евтектики (дрібнодисперсної суміші кристалів свинцю та сурми). Таким чином, сплав в даній області складається з двох фаз - кристалів свинцю і сурми: С=2-2+1=1.

Крива III охолодження евтектичного сплаву ( 13% Sb, 87%Pb). Евтектичний сплав має криву охолодження аналогічну кривій чистого металу, тільки із більш швидким охолодженням розчину. Кристалізація протікає при сталій температурі і концентрації (в точці С). Утворюється механічна суміш компонентів (свинцю та сурми).

Заевтектичному сплаву відповідає крива IV. Точка 1 відповідає початку кристалізації, 2 - кінцю кристалізації. В інтервалі температур від т.1 до т.2 проходить утворення кристалів сурми. На цій ділянці сплав являє собою суміш рідини та кристалів сурми. З пониженням температури сплаву кристалів утворюється більше, рідини залишається менше. На ділянці 2-2ґ залишок рідини кристалізується в механічну суміш кристалів свинцю та сурми (евтектику).

Схеми мікроструктури сплавів після охолодження показані на рис.3.3.

Схеми мікроструктури: а - чистий свинець, б - доевтектичний сплав, в - евтектичний слав, г - заевтектичний сплав..

Аналіз мікроструктури показує, що в залежності від концентрації компонентів змінюється мікроструктура сплаву.

Діаграма стану дає можливість визначити стан сплаву при будь-якій температурі та заданій концентрації.

Рис. 3.3 Структура сплавів свинець - сурма: а - чистий свинець; б - доевтектичний сплав; в - евтектичний сплав; г - заевтектичний сплав

Установка для термічного аналізу

Установка для термічного аналізу (рис. 3.4) складається з нагрівальної та контролюючої апаратури.

Навіски 3 в тиглях з заданою концентрацією компонентів (Pb, Sb) доводять до повного розплавлення з перегрівом на 20...30° С в муфелі електропечі 1. Контроль температури здійснюється хромель-алюмелевою (ХА) термопарою 4, підключеною до потенціометра 5. Після того, як температура буде достатньою для термічного аналізу, тигель з навіскою установлюють на вогнетривку підставку. Холодні кінці термопари з'єднані з клемами вимірювального приладу 5 - мілівольтметра ВЗ-36. Для знаходження відповідності показань мілівольтметра (мВ) значенням температури сплаву (°С) проводять тарування термопари. Дані заносяться в таблицю.

Слід відзначити, що отриманими даними (табл.) можна користуватися тільки для даної термопари. Це і є таруванням термопари. Отримані дані мілівольтметра (mВ) під час досліду згідно з таблицею переводять в відповідні значення температур (°С).

Рис. 3.4 Схема установки для визначення критичних точок металів і сплавів: 1 - електропіч; 2 - тигель; 3 - термопара; 4 - розплавлений метал (сплав); 5 - гальванометр

Порядок виконання роботи

1. Тиглі з чистими свинцем, сурмою та трьома сплавами: доевтектичним (6% сурми), евтектичним (13% сурми) та заевтектичним (55% сурми) нагрівати в електричній печі. Температуру заміряти гальванометром термопари.

2. Виймати і охолоджувати тиглі потрібно в такій послідовності: евтектичний сплав - при досягненні температури 260…270оС, доевтектичний сплав відповідно 290…300оС, чистй свинець - 340…350оС, заевтектичний сплав - 475…480оС, чиста сурма - 645…650оС фіксуючи показання гальванометра через 10…15 с до закінчення затвердівання металу (сплаву). Результати замірів внести в таблицю

ф, с
mВ
T oС

3. За результатами дослідів побудувати на міліметровому папері криві охолодження кожного металу (сплаву). При цьому зручно брати масштаб 10 с = 1 мм і 10о = 1 мм.

4. За кривими охолодження побудувати діаграму стану сплавів свинець - сурма, переносячи критичні точки з кривих охолодження на діаграму стану.

Зміст звіту

В звіті необхідно вказати призначення термічного аналізу, схему установки для дослідження металів і сплавів термічним методом, таблицю з дослідними даними, криві охолодження і діаграму стану, висновки про роботу, в яких зробити аналіз перетворень при охолодженні одного із сплавів із застосуванням правила фаз.

Контрольні питання для самопідготовки

1. Що являє собою діаграма стану сплавів?

2. Які методи застосовують для побудови діаграм стану сплавів?

3. Які точки на кривих нагрівання чи охолодження називають критичними?

4. Поясніть значення термінів: евтектика, солідус, ліквідус.

5. Покажіть на діаграмі стану сплавів ці лінії та точки.

6. Чим пояснюється зміна швидкості охолодження сплаву?

7. Який з досліджених сплавів є евтектичним? доевтектичним? заевтектичним?.

4. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

АНАЛІЗ ДІАГРАМ СТАНУ ПОДВІЙНИХ СИСТЕМ

Мета роботи : навчитися робити аналіз діаграм стану різних типів, визначати наявність фаз та структур у сплавах різного хімічного складу при різних температурах; навчитись визначати кількість фаз або структурних складових в сплавах; навчитися визначати перетворення в сплавах.

Матеріали та обладнання. Для виконання даної лабораторної роботи студентам видаються рисунки діаграм стану систем різних типів з описанням механізму формування структур типових сплавів в цих системах.

Теоретичні відомості. Більшість металевих матеріалів, які використовуються в машинобудуванні - сплави, що складаються з двох, трьох або більшої кількості елементів. Основним елементом сплаву зазвичай є метал, який і визначає назву сплавів (сплави на основі заліза, міді, алюмінію тощо). Інші компоненти сплавів можуть бути як металами, так і неметалами. Їх додають до основного компоненту умисне для зміни структури та властивостей сплаву у бажаному напрямі.

Будь-який сплав складається з однієї або декількох фаз. Ними можуть бути: 1) чисті компоненти; 2) тверді розчини; 3) хімічні сполуки. Знання фазового складу є дуже важливим при дослідженні сплавів, але не достатнім для визначення їх властивостей. Більше інформації містить у собі структурний склад сплаву, тобто наявність у ньому певних структурних складових - окремих елементів мікроструктури, які відрізняються від інших. Кількість структурних складових металевої системи часто переважає кількість фаз, оскільки містить усі фази цієї системи, а також їхні суміші, що кристалізуються водночас і разом (евтектика, евтектоїд). Тому на діаграмах стану наводять не тільки фазовий, а і структурний склад для кожної їх області.

Діаграми стану, або діаграми фазової рівноваги у зручній графічній формі показують фазовий і структурний склад сплавів в залежності від температури та концентрації. Діаграми стану будують для умов рівноваги, які досягаються тільки при дуже малих швидкостях охолодження або тривалому нагріванні. Справжній рівноважний стан в практичних умовах досягається рідко. В більшості випадків сплави знаходяться в метастабільному стані, тобто такому, коли вони мають обмежену стійкість і під впливом зовнішніх факторів набувають інших більш стійких станів. В багатьох випадках метастабільні стани надають сплавам високих механічних або інших властивостей. Завданням металознавства є встановлення природи метастабільних станів, які забезпечували б оптимальний комплекс властивостей і розроблення режимів термічної або іншої обробки сплавів, що дозволяли б отримувати ці неврівноважені стани. Вихідним положенням при вирішуванні таких питань є знання діаграм стану. Саме діаграми стану дозволяють розробити раціональні режими різних видів обробки матеріалів і реалізувати їх на практиці. З іншого боку, вони дають можливість наукового прогнозу створення матеріалів з потрібними властивостями.

Вивчення будь-якої діаграми стану подвійної системи складається з двох етапів: 1) її загального опису; 2) аналізу процесу кристалізації типових сплавів. Доцільно поруч з діаграмою стану зображувати криві охолодження сплавів, які аналізуються.

Основні типи діаграм стану.

1. Діаграми стану системи, компоненти якої утворюють неперервний ряд рідких і твердих розчинів.

Така діаграма є однією з найпростіших. Вона містить у собі всього дві лінії (рис. 4.1). Верхня з них є лінією початку кристалізації будь-якого сплаву цієї системи і називається лінією ліквідусу. Нижня лінія є лінією кінця кристалізації усіх сплавів і є лінією солідусу. Вище від лінії ліквідусу розташована однофазна область рідкого розчину (Р). Нижче від лінії солідусу лежить також однофазна область - твердого розчину. Між цими лініями знаходиться двофазна область, де співіснують обидва розчини (Р+).



Рис. 4.1 Діаграма стану системи, компоненти якої утворюють неперервний ряд рідких і твердих розчинів (а) та крива охолодження типового сплаву (б)

На діаграмі стану точки С і D є температурами кристалізації відповідно компонентів А і В. Сплав же будь-якої концентрації, наприклад, сплав I, кристалізуватиметься в інтервалі температур між точками 1 і 2 і після повного охолодження (точка 3) буде мати остаточну структуру з зерен -твердого розчину (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Зображення мікроструктури твердого розчину (сплаву I)

Для більш детального аналізу процесу кристалізації цього сплаву потрібно скористатися правилом відрізків (правилом важеля):

Для визначення хімічного складу фаз, що перебувають у рівновазі одна з одною, через фігуративну точку сплаву проводять горизонтальну лінію до перетину з лініями діаграми, які обмежують дану область; проекції точок перетину на вісь концентрацій показують склади фаз. (Фігуративною точкою називається кожна точка в межах креслення діаграми стану. Вона зображує стан сплаву певного хімічного складу при певній температурі).

В нашому випадку фігуративною точкою є точка f , а точками перетину, про які йде мова, є точки h і g. Пряма hg, що з'єднує ці точки, називається конодою.

Правило відрізків (важеля) дозволяє визначити не лише хімічний склад фаз, але й їхню відносну й абсолютну кількість:

Для визначення кількості кожної фази через фігуративну точку проводять коноду; її відрізки обернено пропорційні кількості кожної з фаз.

Наприклад, у точці f у рівновазі знаходяться рідина складу точки g і -фаза концентрації точки h. При цьому:

,

Якщо скористатися цим правилом при аналізі процесу кристалізації сплаву I, то виявляється, що з рідини концентрації точки 1 виділяються кристали -фази концентрації точки 4, тобто зовсім іншого складу.

Твердий розчин відносно рідини завжди збагачений тим компонентом, який підвищує температуру кристалізації сплавів.

У нашому випадку таким компонентом є А, отже, при будь-якій температурі -фаза щодо рідкого розчину збагачена саме ним. При зниженні температури склад рідини змінюється вздовж лінії ліквідус від точки 1 до точки 5, а склад -фази - по лінії солідус від точки 4 до точки 2 (рис.4.1).

2. Діаграми стану систем з відсутністю взаємної розчинності компонентів у твердому стані

В діаграмах стану такого типу додавання як компонента В до компонента А, так і навпаки компонента А до компонента В, спричинює зниження температур кристалізації сплавів. З цієї причини лінія ліквідусу такої системи (рис. 4.3) опускається донизу з точок С і D. Обидві гілки лінії ліквідусу (СЕ і DE) перетинаються в точці Е. Кожна з цих гілок є як лінією початку кристалізації того або іншого компонента (СЕ - компонента А, DE - компонента В), так і лінією граничного насичення рідкого розчину відповідними компонентом: на лінії СЕ рідина гранично насичена компонентом А і при подальшому зниженні температури відбувається його кристалізація; на лінії ED - компонентом В, який теж буде кристалізуватися при подальшому охолодженні. Точка Е є спільною для обох кривих, отже, рідина такого складу гранично насичена обома компонентами, вони й будуть кристалізуватися одночасно і разом: РЕ (А+В) (читається: рідина складу точки Е перетворюється в суміш двох фаз, тобто компонентів А і В).

Суміш двох твердих фаз, які кристалізуються одночасно і разом з рідини певного складу, називається евтектикою.

У кристалізації евтектики беруть участь три фази і згідно з правилом фаз система є нонваріантною, тобто кристалізація евтектики йде при постійній температурі, що й видно на кривих охолодження.

Рис. 4.3 Діаграма стану (а) і криві охолодження (б) системи з відсутністю взаємної розчинності компонентів у твердому стані

При кристалізації будь-якого сплаву цієї системи склад рідини буде змінюватися вздовж лінії ліквідусу до евтектичної точки Е, тобто кристалізація усіх сплавів закінчується утворенням евтектики. Оскільки це відбувається при постійній і однаковій для всіх сплавів температурі, то лінія солідусу даної системи є горизонтальною прямою FEG, яка називається лінією евтектичного перетворення.

Евтектична точка Е ділить усі сплави на доевтектичні (ліворуч від точки Е) та заевтектичні (справа від точки Е). В окрему групу виділяється евтектичний сплав (на рис.4.3, а) сплав II).

Розглянемо процеси кристалізації типових сплавів цієї системи. Доевтектичний сплав I кристалізується у два етапи. На першому в інтервалі температур 1-2 з рідини кристалізуються первинні кристали компонента (фази) А; потім в точці 2 рідина, що залишилася, закристалізується у вигляді евтектики. Отже, нижче точки 2 до точки 3, тобто до повного охолодження, сплав I буде мати структуру з двох складових: первинних кристалів компонента А та евтектики (суміші двох компонентів А і В) (рис. 4.4, а). Кількісний склад цих складових може бути визначено за правилом важеля. Так, кількість евтектики дорівнює відношенню довжини відрізка А-3 до довжини коноди А-Е1 , а кількість фази А (компонента А) - відношенню довжини відрізка 3-Е1 до довжини А-Е1, тобто:

Евтектичний сплав II має всього один етап кристалізації - утворення евтектики, і, таким чином, одну структурну складову - евтектику (рис.4.4, б).

Заевтектичний сплав III кристалізується подібно до доевтектичного, але на першому етапі кристалізації з рідини виділяються кристали компонента В. Таким чином, кінцева структура заевтектичного сплаву складається з цих первинних кристалів і ділянок евтектики (рис. 4.4, в).



Рис. 4.4 Схеми мікроструктур доевтектичного (а), евтектичного (б) та заевтектичного (в) сплавів

3. Діаграми стану систем з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані.

Такі типи систем найчастіше мають місце в металевих сплавах. При утворенні обмежених твердих розчинів зустрічаються два типи діаграм стану: з евтектичним і з перитектичним перетворенням.

Діаграма стану систем з утворенням обмежених твердих розчинів і евтектичним перетворенням (рис.4.5)

Лінією ліквідусу на цій діаграмі є лінія СЕD, а лінією солідусу - лінія CFEGD. На горизонтальній частині цієї лінії FEG відбувається евтектичне перетворення: РЕ (F +G (читається: рідина складу точки Е перетворюється в суміш двох фаз - -твердого розчину складу точки F і -твердого розчину складу точки G) , де і - обмежені тверді розчини компонента В у компоненті А () і компонента А в компоненті В ().