FASDIAGRAM OBS: Läs igenom handledningen före laborationen.

Relevanta dokument
Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Material föreläsning 8. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Härdningsmekanismer OBS: Läs igenom handledningen för laborationen.

POLYMERER OBS: Läs igenom handledningen före laborationen.

Bindelinjer gäller för bestämd temp. Hävstångsregeln gäller.

Material föreläsning 8. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Material. VT1 1,5 p Janne Färm


Materiallära för Maskinteknik, 4H1063, 4p. Repetition: Olika typer av defekter i material (påverkar materialets mek. eg.) Repetition: Punktdefekter

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

7,5 högskolepoäng. Metalliska Konstruktionsmaterial. Tentamen ges för: Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Allmänt om ternära fasdiagram Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.3 Ternära fasdiagram

50 poäng. Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:

Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.3 Ternära fasdiagram. [Mitchell 2.2; Callister 12.7, mm]

Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.1 Fasdiagram

Farmaceutisk fysikalisk kemi, A6. Föreläsning: Faslära PH

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Konstruktionsmaterial, 4H1068, 4p. Kursinformation. Repetion: Plastisk (bestående) deformation. Repetion: Sträckgräns, σ 0.2

Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.2 Utveckling av mikrostruktur. [Callister ch. 9, lite Mitchell & Porter-Easterling]

Kapitel 10. Vätskor och fasta faser

Allmänna anvisningar: <Hjälptext: Frivilligt fält. Skriv här ytterligare information som studenterna behöver>

Kapitel 10. Vätskor och fasta faser

AREA 41 KEMINS GRUNDER

Material lektion 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Utvecklingen av mikrostruktur i metaller Materialfysik vt Fasta ämnens termodynamik 4.2 Utveckling av mikrostruktur

Elektricitetslära och magnetism - 1FY808. Lab 3 och Lab 4

UTVÄRDERING AV QUALIFLASH - METODEN

Material - Repetition. VT1 1,5 p Janne Färm

Materiallära för Maskinteknik, 4H1063, 4p. Repetion: Fasdiagram. Repetion: Komponenter och faser. Repetion: Stelning av Cu-5 wt% Sn legering

Termodynamik FL3. Fasomvandlingsprocesser. FASER hos ENHETLIGA ÄMNEN. FASEGENSKAPER hos ENHETLIGA ÄMNEN. Exempel: Koka vatten under konstant tryck:

Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp /2016 version 3 (med sidhänvisningar även till inbunden upplaga 2)

FÄRGARKEOLOGISK UNDERSÖKNING; FÄRGSPÅR FRÅN EN MEDELTIDA SMIDESDÖRR HÄRRÖRANDE FRÅN ÄLVESTAD KYRKA, LINKÖPINGS STIFT. S M I D E S D Ö R R 2

Undersökande arbetssätt i matematik 1 och 2

7.2 Zinkbadet - legeringsämnens inverkan

LÖSNING

Järnfynd från Fyllinge

Materia och aggregationsformer. Niklas Dahrén

Vi antar att f och g ar begränsade och integrerbara funktioner på givna mätbara ( kvadrerbara) områden och att a, b ar konstanter.

Ämnen runt omkring oss åk 6

Laboration D181. ELEKTRONIK Digitalteknik. Kombinatoriska kretsar, HCMOS v 2.1

Linköpings tekniska högskola IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

Sortera på olika sätt

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

Uppvärmning, avsvalning och fasövergångar

Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp /2015. Omfattning: Fyra obligatoriska laborationer ingår i kursen:

LABORATION 1 AVBILDNING OCH FÖRSTORING

Om trycket hålls konstant och temperaturen höjs kommer molekylerna till slut att bryta sig ur detta mönster (sublimation eller smältning).

Bestämning av vattenkvot och/eller vattenhalt

LABORATION 2 TERMODYNAMIK BESTÄMNING AV C p /C v

Tillverkarperspektivet

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 7 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 7. strömningslära, miniräknare.

Regler för grupparbeten, inlämnings- och laborationsuppgifter

Konstruktionsmaterial, 4H1068, 4p. Kursinformation. De vanligaste korrosionstyperna. Föreläsning 14: Kärnbildning, tillväxt och omvandling

Material- och polymerteknologi för K3, B4 (KOO052) och Funktionella material för N2 (KOO095)

ämnen omkring oss bildspel ny.notebook October 06, 2014 Ämnen omkring oss

Vad är allt uppbyggt av?

Motivet finns att beställa i följande storlekar

Arbetslag Gamma År 8 HT 2018

Laborationsrapport för laboration 2 i ESS010 Elektronik. Olle Ollesson 29 september 2012 Handledare: Sven Svensson

Gungande tvätt. Uppgift. Materiel

Lösningsförslag. Tentamen i KE1160 Termodynamik den 13 januari 2015 kl Ulf Gedde - Magnus Bergström - Per Alvfors

Omtentamen i DV & TDV

2 Materia. 2.1 OH1 Atomer och molekyler Kan du gissa rätt vikt?

I princip gäller det att mäta ström-spänningssambandet, vilket tillsammans med kännedom om provets geometriska dimensioner ger sambandet.

RENING AV ALUMINIUMSMÄLTOR MED FLUSSMEDEL

jämvikt (där båda faserna samexisterar)? Härled Clapeyrons ekvation utgående från sambandet

Repetition F11. Molär Gibbs fri energi, G m, som funktion av P o Vätska/fasta ämne G m G m (oberoende av P) o Ideal gas: P P. G m. + RT ln.

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

Allmänna krav på utformningen och användandet av inlämningsuppgifter i kurser som ges av Brandteknik

Lödning. Lödning innebär att man smälter in en lättsmält metall mellan två andra metaller. ( Man liksom limmar ihop metaller med ett lödmedel.

Temperaturgivare. Värmetransport på 3 sätt: Typer av givare för temperatur: * Värmeledning * Konvektion * Strålning

Exempel. Komplexkonjugerade rotpar

GeoGebra i matematikundervisningen - Inspirationsdagar för gymnasielärare. Karlstads universitet april

PLANCKS KONSTANT.

Lärare: Jimmy Pettersson. 1. Materia

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

2 Matrisfaktorisering och lösning till ekvationssystem

Kursprov i matematik, kurs E vt Del I: Uppgifter utan miniräknare 3. Del II: Uppgifter med miniräknare 6

PM Ytbehandling. Anodisering. Christoffer Löfstrand

Mätning med termoelement 1. Den fysikaliska bakgrunden

Kontinuitet och gränsvärden

Kapitel 10: jämvikter och fasdiagram. Termodynamik (2) Termodynamik (3)

Kompletterande lösningsförslag och ledningar, Matematik 3000 kurs B, kapitel 1

Övningsuppgifter omkrets, area och volym

Tillämpning av olika molekylärbiologiska verktyg för kloning av en gen

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

Framställning av järn

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: Formell beskrivning

PPU408 HT15. Aluminium. Lars Bark MdH/IDT

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Sensorteknik Ex-tenta 1

Omtentamen i DV & TDV

Projekt bå gbro. Inledande ingenjörskurs Högskoleingenjörsprogrammet i byggteknik

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

MONTERINGSANVISNING T11 IdéTrading tätskikt VÄGG

Handledning. Innehållsförteckning

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

FVF D:204 KOMPENSATORER

Transkript:

FASDIAGRAM OBS: Läs igenom handledningen före laborationen. Avdelningen för materialteknik, LTH Postadress Box 118 Besöksadress Ole Römers väg 1 http://www.material.lth.se

SYFTE Syftet med den här laborationen är att ge förståelse för fasdiagrammens uppbyggnad och användning. Teknologen skall även förstå innebörden av begreppen: 1. Legeringssammansättning 2. Fasandelar 3. Fassammansättning 4. Strukturbeståndsdelar 5. Max löslighet Beräknad tidsåtgång Laborationen beräknas ta cirka 4 timmar. 2

INSTUDERINGSUPPGIFTER (Görs före laborationen) Före laborationstillfället ska kap. 10.1-10.13, 11.3, 11.4 i "Callister & Rethwisch: Fundamentals of Materials Science and Engineering, 4th Edition, SI version" vara genomlästa och nedanstående uppgifter vara besvarade. Tag med läroboken till laborationen. 1 Det binära systemet visar vilka faser två komponenter tillsammans kan bilda. Komponenter utgörs vanligtvis av två grundämnen, t.ex. aluminium, Al, och kisel, Si. Markera följande i fasdiagrammet nedan. a Komponenterna A och B. b En skala i viktprocent för andelar av A och B. c Enfasområdena och med dominans av komponenterna A resp. B. d Enfasområdet L bestående av smälta. e Tvåfasområdena +, +L och +L f Likviduslinjen (=gränsen mellan helt smält tillstånd och begynnande stelning). g Soliduslinjen (=gränsen mellan begynnande stelning och helt fast tillstånd). h Eutektiska punkten. i Solvuslinjerna. C 900 I II III IV V 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2 Beräkna med hjälp av hävstångsregeln andelarna i wt% av förekommande faser för legeringarna I-V vid temperaturerna 100 C och 500 C. I II III IV V 500ºC 100ºC 3

3 Då ett ämne ändrar fas är detta ofta förknippat med en ändring i entalpin. Då t.ex. is smälter och övergår från fast till flytande form, så kallas det för smältentalpi. Om isen tillförs ett konstant värmeflöde kan vi observera detta eftersom temperaturen kommer att ligga kvar vid 0 C en stund. På samma sätt är det för metaller, men om vi befinner oss i ett tvåfasområde, så kanske bara den ena fasen stelnar, vilket syns då tid-temperaturkurvan ändrar lutning. Antag att vi har sex olika legeringar med komponenterna aluminium och kisel med följande kiselhalter: a. Al - Si 0 wt% b. Al - Si 10 wt% c. Al - Si 12.6 wt% d. Al - Si 15 wt% e. Al - Si 35 wt% f. Al - Si 100 wt% På nästa sida finns sex stycken svalningskurvor. Försök att ange vilka sammansättningar och svalningskurvor som hör ihop med ledning av nedanstående jämviktsdiagram för Al-Si. Fasdiagram Al-Si (Aluminium - Kisel) 4

Avsvalningskurvor för Al-Si legering 800 800 750 750 T/ o C 700 650 T/ o C 700 650 600 600 550 550 500 0 5 10 15 t/min 500 0 5 10 15 t/min 800 800 750 750 700 700 T/ o C T/ o C 650 650 600 600 550 550 500 0 5 10 15 t/min 500 0 5 10 15 t/min 1100 1900 T/ o C 1000 900 800 700 600 T/ o C 1700 1500 1300 1100 900 700 500 0 5 10 15 t/min 500 0 5 10 15 t/min 5

Laborationens utförande Laborationen är uppdelad i fem delmoment (A-E) A. Cu-Zn - systemet (Mässing) B. Svalningskurvor för Sn-Bi (Tenn-Vismut) C. Konstruktion av fasdiagram för Sn-Bi D. Mikroskopisk undersökning av legeringen Sn-Bi E. Slutsatser och kommentarer 6

A. Cu-Zn- systemet (Mässing) Uppgift: Utrustning: Genomförande: Sammansättningen hos en mässingslegering skall bestämmas genom jämförelse av två prover av samma legering, vilka genomgått olika värmebehandlingar. Genom att noggrant bestämma volymsandelarna av de ingående faserna samt att känna till vilka dessa är, skulle legeringens sammansättning kunna bestämmas på någon tiondels procent när. Här är det dock tillräckligt med en uppskattning av fasernas volymsandelar genom punkträkning. Se nästa sida för hur punkträkning går till. Två prover av samma Cu-Zn-legering. Proverna har glödgats vid 475 C resp. 680 C under tillräckligt lång tid för att jämvikt skall ha uppnåtts. Därefter har de släckts i vatten. Kylningen har härvid varit så snabb att den fasfördelning, som fanns vid glödgningstemperaturen, är densamma vid rumstemperatur. Proverna är polerade och därefter etsade. Mikroskop med rutnätsokular. Bestäm andelarna ljus (kopparrik) resp. mörk (zinkrik) fas i de båda proverna genom punkträkning. (Punkträkning finns beskrivet längre fram i PM:et.) Tillräcklig noggrannhet erhålls om alla 121 punkterna i rutnätet räknas för ett slumpvis valt områden i respektive prov. (Aeraandelarna approximeras med viktandelarna i vårt fall) Med ljus fas menas ljusrosa eller ljusgul fas, som verkar ganska opåverkad av etsningen. Mörk fas avser områden som är gula/gröna till brunsvarta och verkar etsade. Färgerna beror på hur etsingen har tagit och varierar från prov till prov. Observera att mässinget även innehåller rent bly, vilket ses som svarta rund små korn som finns vid korngränser. Tips: Börja titta på prov som värmebehandlats vid 680 o C. 7

Punkträkning En strukturbeståndsdels volymandel, f A, är lika med dess ytandel i en godtycklig snittyta genom kroppen. För ett prov med strukturbeståndsdelarna A och B gäller då f A VA V V A B SA S S A B. (V=volym, S=area.) Ytareorna S A och S B mäts genom punkträkning. Metoden grundar sig på att sannolikheten att en godtyckligt placerad punkt hamnar inom ett A-område är proportionell mot den totala arean av A- områdena, S A. Med hjälp av ett mikroskop med ett speciellt okular erhålls en bild, som har ett rutnät överlagrat sig. Man räknar antalet träffar i A-områden och delar med totala antalet punkter. Träffar på gränsen mellan A och B räknas som en halv träff. I exemplet ovan träffar 9 punkter i vita områden. Andelen vit fas är således 9/15=60%. Felet är omvänt proportionellt mot roten ur antalet avsökta punkter. Således bör ett stort antal synfält undersökas. I denna laborationen räcker det dock att punkträkna två områden. 8

Antal punkter Andel (%) 475 C 680 C ljus fas mörk fas bly ljus fas mörk fas bly Använd fasdiagrammet för Cu-Zn (sidan 9) för att bestämma legeringssammansättningen. Ledning: Mässing med högre zinkhalt än 60wt% har p.g.a. sin sprödhet ej någon praktisk användning. Svara på följande frågor: a) Vilken medelsammansättning har legeringen? wt%cu wt%zn wt%pb b) Vad kallas den ljusa fasen (beteckning)? c) Vilken sammansättning har den vid 475 o C? 680 o C? d) Vad kallas den mörka fasen? e) Vilken sammansättning har den vid 475 o C? 680 o C? f) Varför är kornen större vid den ena temperaturen än vid den andra? 9

Fasdiagram Cu-Zn (Mässing) 10

B. Svalningskurvor för Sn-Bi (Tenn-Vismut) Uppgift: Genomförande: Laborationen genomföres i 2 grupper. Varje grupp skall ta fram fyra svalningskurvor för olika medelsammansättningar av Sn-Bi, så att ett fasdiagram kan framställas. Hela laborationsgruppen sätter sedan gemensamt samman ett fasdiagram för Bi-Sn utgående från svalningskurvorna. Lab.handledaren har i förväg vägt upp vismut och tenn i olika proportioner, sammanlagt 100g material i varje degel. Någon student får hjälpa till att väga upp en av blandningarna vid själva lab.tillfället. Deglarna är märkta med wt%-halten Bi som finns i. Sätt in deglarna i ugnen och låt materialet smälta. Tag sedan ut deglarna, stoppa i termoelementen och starta dataupptagningen. Rör försiktigt om med termoelementen med det samma så att smältan blir så homogen som möjligt, låt sedan termoelementet vara stilla i mitten av smältan. Försöket börjar vid 350 C, och avbryts vid 50 C. Var försiktig med termoelementen, som nu sitter fast i degeln. Värm upp igen m h a gasolbrännare tills legeringen smälter och ta bort termoelementen. Med utgångspunkt från de totalt åtta svalningskurvorna konstruerar laborationsgruppen ett fasdiagram för Bi-Sn. Se uppgift C. Termoelement (nummer) Vikts-% vismut Brytningstemperatur 1 ( C) Brytningstemperatur 2 ( C) Anmärkning 11

C. Konstruktion av fasdiagram för Sn-Bi Med hjälp av temperaturkurvorna från moment B ritas nu ett fasdiagram upp gemensamt. T / o C 0 Bi wt% 100 12

D. Mikroskopisk undersökning av legeringen Sn-Bi Utrustning: Genomförande: Fotografier av Sn-Bi-prov med olika sammansättning, 40 resp 60wt% Bi. Fasdiagrammet från uppgift C. Studera fotografierna. Rita av mikrostrukturerna hos två bilderna. Identifiera närvarande strukturbeståndsdelar och faser och ange dessa i de ritade figurerna. Bestäm, med hjälp av fasdiagrammet, deras sammansättning. Strukturbilder: Prov 1 - wt%bi Prov 2 - wt%bi Strukturbeståndsdelar: Faser: 13

E. Slutsatser och kommentarer Definiera fas: Definiera korn: Definiera strukturbeståndsdel: Vad är underkylning? Vad är dendriter? Vad är primärutskiljningar? Obs! Fasdiagram = Jämviktsdiagram 14