потемкин (557029), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Микроструктура заэвтектических сплавов состоит из кристаллов сурьмы и эвтектики. Точки Р и Г показывают предельную взаимную растворимость друг в друге компонентов в твердом состоянии. Точка Р— растворимость сурьмы в свинце, а точка Š— растворимость свинца в сурьме. Если растворимость компонентов друг в друге практически отсутствует, т.е. составляет доли процента, то точки Р и г практически располагаются на осях ординат.
Диаграмма состояния дает возможность не только установить фазовое состояние любого сплава данной системы, но и определить количественное соотношение равновесных фаз и их химических состав. Для этого пользуются правилом рычага или правилом отрезков. Для того чтобы определить химический состав фаз, через точку, характеризуюшую состояние сплава, проводят горизонталь до пересечения с линиями диаграммы состояния (в нашем случае— до линий ликвидуса и солидуса).
Проекция точек пересечения на ось концентрации показывает составы фаз. Отрезки этой горизонтали между заданной точкой, определяющей фазовое состояние сплава, и точками, определяюшнми химический состав фаз, пропорциональны количествам этих фаз. Например, фазовое состояние заэвтектического сплава, содержащего 80% РЬ и 20% БЬ при температуре гп определяется точкой а. Если через точку а провести горизонталь до пересечения с линией ликвидуса (в точке б) и с линией солидуса (в точке в), то проекция точки б на ось концентраций покажет химический состав жидкой фазы, а количественное отношение жидкой фазы и кристаллов сурьмы может быть установлено по ссютношению отрезков: количество твердой фазы аб количество жидкой фазы ав Отчет по лервой части работы В отчете приводятся; 1.
Краткое описание применяемого метода исследования. 2. Схема экспериментальной установки, 3. Кривая охлаждения исследуемого сплава. 4. Сводная таблица критических точек исследуемых сплавов. 5. Диаграмма состояния свинец — сурьма, построенная в масштабе на основании экспериментальных данных с нанесением на нее наименования фаз. 6. Анализ диаграммы состояния с применением правила фаз и правила отрезков. 7. Краткие выводы по первой части работы.
П. Изучение характера изменения удельного электросопротивления в бинарных металлических сплавах в зависимости от типа диаграмм состояния соответствующих систем (правило Н.С. Курнакова) В приборостроении, радиотехнике и электронике широко применяются металлы и сплавы с определенными электрическими свойствами. Эти металлы могут быть разделены на две группы: проводниковые материалы, обладающие малым удельным электро- сопротивлением, и сплавы сопротивления, имеющие высокое удельное электросопротивление.
Материалы обеих групп должны обладать малым температурным коэффициентом электросопротивления. К сплавам, имеющим высокое удельное элекгросопротивление, могут предъявляться требования, исходящие из конкретных условий работы. Например, сплав нагревательного элемента должен быль достаточно жаростойким, а сплав, применяемый для изготовления точных сопротивлений, должен иметь малую термоэлектродвижущую силу, развиваемую нм в паре с медью.
В работе изучаются способы достижения требуемых свойств у сплавов в зависимости от их состава и строения. Эти закономерности, экспериментально установленные Н.С. Курнаковым н др., нося общее название — правило Курнакова (рис. 5). Изучение удельного электросопротивлення производится на примере систем сплавов первого и второго типов. Температура Тбардаегль !! !! ! !!! 1 улек5врасанра- л5нбавние Температурньгб каэа5бгицнент сапрв5гнгбиен)тя ва в Рис. 5 К первому типу относятся сплавы, компоненты которых в твердом состоянии друг в друге не растворяются, а образуют гетерогенные смеси (например, сплавы РЬ вЂ” БЬ).
Компоненты сплавов второго типа неограниченно растворяются друг в друге как в жидком, так и в твердом состояниях и не образуют между собой химических соединений (например, сплавы Си — М). На рис. 6 и 7 приведены обп1ий вид диаграмм состояния сплавов указанных систем, а также кривые изменения удельного электросопротивления в зависимости от состава сплавов (по Курнакову). С,~С еьу 5ббв 5з ° 54аь еь С рь+аби(кь.аь5 РЬ Р Рь 5а бь 8ь аь, Са бб 5!5! Ь5! Рис. 7 Рис. б Закономерности изменения свойств, установленные Курнаковым, получили в дальнейшем теоретическое обоснование в свете представлений современной физики. Согласно электронной теории величина удельного электросопротивления металлов р — величина, обратная удельной проводимости а, выражается формулой гаи где а — масса электрона; г' — средняя скорость движения электронов; и — число свободных электронов в единице объема; е— заряд электронов; Н вЂ” коэффициент, характеризующий рассеяние электронных волн движущихся электронов электрическим полем, окружающим каждый атом.
Скорость движения электронов Кв металлах и число электронов и не зависят от температуры. Коэффициент же рассеяния электронных волн р в металлах прямо пропорционален абсолютной температуре. Поэтому и удельное электросопротивление металлов прямо пропорционально температуре. С другой стороны, увеличение рассеяния электронных волн, как и рассеяния света в жидких и твердых телах (в отличие от газов), вследствие теплового движения атомов обусловлено в основном флуктуациями (т.е.
отклонениями от среднего значения) плотности, так как длина световой и электронной волн больше„чем межатомное расстояние, и взаимодействие электронов с атомами не может вызвать их рассеяния. Введение в металл других элементов, атомы которых входят в его кристаллическую решетку, т.е. образуют с ним твердые растворы, должно значительно увеличивать флуктуации плотности и, следовательно, увеличивать коэффициент рассеяния электронных волн.
Но это означает. что введение в металл элементов, образующих с ним твердые растворы, должно значительно повысить его удельное электросопротивление, независимо от того, обладает ли сам вводимый элемент большим или меньшим электросопротивлением, чем основной металл (см. рис. 7). Кроме того, электросопротивление сплава по сравнению с чистым металлом будет дополнительно повышаться за счет искажений кристаллической решетки при образовании твердых растворов, гз и тем существеннее, чем больше разность радиусов элемента-растворителя и растворенного элемента, при этом сильнее в твердых растворах внедрения, чем в твердых растворах замещения, Таким образом, в системах с неограниченной растворимостью компонентов электросопротивление изменяется в зависимости от состава по некоторой кривой, имеющей максимум (см. рис.
7). Если же компоненты сплава в твердом состоянии друг в друге не растворяются, а образуют гетерогенные смеси, т.е. атомы одного компоненты не входят в кристаллическую решетку другого, то электросопротивление сплава (если пренебречь влиянием искажения кристаллической решетки на границах кристаллов) будет представлять среднее арифметическое от значения электросопротивления каждого из компонентов (см.
рис. 6). В общем случае это относится и к смеси фаз. Таким образом, у сплавов, состоящих из смеси двух компонентов или фаз, электросопротивление изменяется в зависимости от состава по прямой линии, соединяющей значения электросопротивления каждого из компонентов или фаз.
Необходимо отметить, однако, что в сплавах первого типа вблизи эвтектической концентрации аддитивность некоторых свойств (например, твердости и электросопротивления), как показали Н.С. Курнаков и П.Я. Сальдау, может быть нарушена (см. пунктир на рис, 6). Последнее объясняется неравномерностью структуры, получаемой в обычных условиях охлаждения сплавов. Структура эвтектики в подобных случаях имеет дисперсное строение, что и приводит к некоторому повьппению твердости в электросопротивления.
Отжигом сплава можно исключить указанное изменение свойств. рддр~ р~б~~~: Е Изучить метод измерения электросопротивления сплавов. 2, Измерить удельное электросопротивление сплавов систем РЬ вЂ” бЬ, Сп — М и построить графики зависимости удельного электросопротивления изучаемых сплавов от их состава. 3. Установить связь между составом, структурой и удельным электросопротивлением сплавов в системах РЬ вЂ” БЬ и Си — М. 4. Изучить электрические свойства металлов и сплавов, употребляемых в приборостроении:меди, никеля, никелина„ константана, копеля, Определение удельного электросопротивленил металлов и сплавов Измерение злектросопротивле- ния образцов металлов и сплавов й„ производится методом амперметраг4д вольтметра (рис.
8). Опыт проводится в следующем Рис. 8 порядке: 1. Исследуемый образец закрепляется в зажимном устройстве установки. 2. Определяется рабочая длина образца 1; штангенциркулем измеряется расстояние между зажимными контактами. 3. Ключом К включается питание от аккумулятора и с помощью реостата В и амперметра А в цепи устанавливается рабочий ток У~, равный 3 А.
4. С помощью милливольтметра тр измеряется падение напряжения У„на изучаемом образце. Падение напряжения может быть измерено также методом компенсации с помощью потенциометра. Удельное злектросопротивление образца рассчитывает по формуле г ~х -3 р= — = — 10ЗОм м, ! 21 где ߄— сопротивление образца, Ом; 5 — площадь поперечного сечения образца, мм~; 1 — длина образца, м; С' — измеренное падение напряжения, В; ӄ— рабочий ток, А. Методические указании 1. Бригаде студентов выдается набор образцов в виде прутков или проволоки, изготовленных из двойных сплавов РЬ-БЬ, Сп-Ь(1 разного состава (см, соответственно табл. 2 и 3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
