ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ( ) (Βαρύτητα θέματος 25%)

Transcript

1 ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ( ) (Βαρύτητα θέματος 25%) Άσκηση 1 (α) Κατασκευάστε το διάγραμμα φάσεων Ag-Cu χρησιμοποιώντας τα παρακάτω δεδομένα (υποθέστε ότι όλες οι γραμμές είναι ευθείες): Σημείο τήξης Ag: 960 o C Σημείο τήξης Cu: 1080 o C Ευτηκτική θερμοκρασία T E =780 ο C Ευτηκτική σύσταση: 28% κ.β. Cu Στην ευτηκτική θερμοκρασία: σύσταση φάσης α: 9% κ.β Cu, σύσταση φάσης β: 92% κ.β. Cu Στους 400 o C: μέγιστη στερεά διαλυτότητα Cu στην φάση α: 1% κ.β. Η φάση β δεν έχει καθόλου στερεά διαλυτότητα σε Ag. (β) Ποια είναι η θερμοκρασία Liquidus του κράματος Ag-40%Cu (κ.β). Ποιο άλλο κράμα έχει την ίδια θερμοκρασία Liquidus; (γ) 26g κράματος Ag-7.5Cu τήκονται μαζί με 376g καθαρού Cu σχηματίζοντας έτσι ένα νέο κράμα. Προσδιορίστε την χημική σύσταση, την θερμοκρασία liquidus και την θερμοκρασία solidus του νέου κράματος. (δ) Προσδιορίστε πόσος χαλκός (σε g) περιέχεται στην φάση α ενός ευτηκτικού κράματος με βάρος 100g στους 600 o C (ε) 80g ευτηκτικού κράματος στερεοποιούνται σύμφωνα με την ευτηκτική αντίδραση. Πόσο φάση β και πόσο φάση α (σε g) σχηματίζονται; (στ) Έστω ότι έχουμε 120g κράματος Ag-15Cu. Πόσο Cu πρέπει να προσθέσουμε για να πάρουμε κράμα Ag-30Cu; 1

2 Άσκηση 2 Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα Cu-Zn απαντήστε τα εξής: (α) ποιο είναι το όριο διαλυτότητας του Zn στον Cu σε θερμοκρασία 200 ο C. Αντίστοιχα, στην ίδια θερμοκρασία ποιο είναι το όριο διαλυτότητας του Cu στον Zn; (β) Στο διάγραμμα φάσεων περιέχεται μια ευτηκτοειδής αντίδραση. Γράψτε την ευτηκτοειδή αντίδραση αναφέροντας την θερμοκρασία και τις φάσεις που συμμετέχουν. (γ) Στον ορείχαλκο 60/40 (με 40% κ.β. Zn) στους 200 ο C ποια είναι τα ποσοστά των φάσεων α και β; Ποιες είναι οι χημικές συστάσεις των φάσεων α και β στην ίδια θερμοκρασία; 2

3 Άσκηση 3 Το διμερές σύστημα Al-Cu έχει μεγάλη σημασία για την αεροπορική βιομηχανία, αφού αποτελεί την βάση για τα κράματα της σειράς 2xxx, που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της ατράκτου και των πτερύγων του αεροσκάφους. Θεωρείστε το παρακάτω διάγραμμα φάσεων Al-Cu και απαντήστε στα παρακάτω ερωτήματα: 3

4 (α)στη θερμοκρασία δωματίου το κράμα Al-4Cu, αποτελείται από α και θ φάση (Al 2 Cu). Σε ποια θερμοκρασία πρέπει να θερμάνουμε το κράμα για να διαλυτοποιηθεί πλήρως η θ φάση; (β)σε μια δεδομένη θερμοκρασία Τ, ο λόγος ( X XT ) / X, όπου Χ η σύσταση του κράματος και X T το όριο στερεάς διαλυτότητας του Cu στη φάση α στη θερμοκρασία Τ, ονομάζεται λόγος υπερκορεσμού. Υπολογίστε τον λόγο αυτό στις θερμοκρασίες 450, 400, 350 και 300 o C για το κράμα Al-4Cu. (γ)ας υποθέσουμε ότι θερμαίνουμε το κράμα Al-4Cu στους 550 o C και στη συνέχεια το ψύχουμε αργά. Υπολογίστε το ποσοστό της θ φάσεως που σχηματίζεται με καθίζηση από την α φάση στους 450, 400, 350 και 300 o C. (δ) Για την ισχυροποίηση ενός κράματος Al-Cu, εφαρμόζεται η θερμική κατεργασία της τεχνητής γήρανσης. Το κράμα θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία για να διαλυτοποιηθεί η θ-φάση. Στη συνέχεια, το κράμα ψύχεται απότομα στη θερμοκρασία δωματίου για να προκύψει ένα υπέρκορο στερεό διάλυμα α-φάσεως. Στη συνέχεια το κράμα θερμαίνεται σε μία ενδιάμεση θερμοκρασία για να πραγματοποιηθεί καθίζηση της θ-φάσης. Με βάση τα παραπάνω, προτείνετε την σύσταση του κράματος που επιτρέπει την καθίζηση του μεγαλύτερου ποσοστού θ-φάσεως καθώς και τις θερμοκρασίες για τη διαλυτοποίηση και γήρανση του κράματος. Άσκηση 4 Δίδονται τα διαγράμματα φάσεων Fe-Cr και Fe-Mn. Στο σύστημα Fe-Cr βασίζονται οι ανοξείδωτοι χάλυβες ενώ στο σύστημα Fe-Mn βασίζονται οι μαγγανιούχοι χάλυβες Hatfield, γνωστοί για τις αντιτριβικές τους ιδιότητες. Το χρώμιο έχει δομή BCC και δεν παρουσιάζει αλλοτροπία. Αντίθετα το Μαγγάνιο παρουσιάζει αλλοτροπία με τις εξής κρυσταλλικές δομές: αmn με κυβική δομή έως τους 727 ο C βmn με κυβική δομή μεταξύ 727 και 1095 ο C γμn με δομή FCC μεταξύ 1095 και 1133 ο C δmn με δομή BCC μεταξύ 1133 και σημείου τήξης Στο διάγραμμα φάσεων ο συμβολισμός (αmn) σημαίνει στερεό διάλυμα Mn-Fe με κρυσταλλική δομή ίδια με το αmn. Το ίδιο ισχύει και για τις άλλες φάσεις. Απαντήστε στα παρακάτω ερωτήματα: (α) Σε ποιο σύστημα το ωστενιτικό πεδίο καταλαμβάνει περισσότερο χώρο στο διάγραμμα φάσεων, παρουσιάζοντας μάλιστα σχεδόν πλήρη στερεά διαλυτότητα; (β) Ποιο είναι το πρόσημο της ενθαλπίας ανάμειξης στο συγκεκριμένο πεδίο και γιατί; (προαιρετικό) (γ) Στο σύστημα Fe-Mn, ονομάστε τα πεδία Χ1, Χ2 και Χ3 (δ) Στο σύστημα Fe-Mn, θεωρείστε ένα κράμα με X Mn =0.2 στη θερμοκρασία 400 ο C. Υπολογίστε τα ποσοστά των φάσεων που συμμετέχουν στην ισορροπία. (ε) Στο σύστημα Fe-Mn υπάρχει μία ευτηκτοειδής αντίδραση. Γράψτε την αντίδραση αναφέροντας θερμοκρασία και συστάσεις των φάσεων που συμμετέχουν (κατά προσέγγιση). 4

5 5

6 Προσοχή: Οι απαντήσεις παραδίδονται χειρόγραφες 6