ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1 Ενόηηηα: ΦΡΟΝΣΙΣΗΡΙΟ Δπιμέλεια : ΝΙΚΟΛΑΟ ΚΟΤΣΡΟΤΜΑΝΗ Σμήμα: ΥΗΜΙΚΩΝ ΜΗΥΑΝΙΚΩΝ ΠΑΣΡΑ 3 Μαΐνπ 2015

6 ν Φξνληηζηήξην: 1) Πνηεο είλαη νη πιεξνθνξίεο πνπ κπνξνύλ λα εμαρζνύλ ρξεζηκνπνηώληαο ηα δηαγξάκκαηα θάζεωλ; α. Τν είδνο ηωλ θάζεωλ πνπ είλαη παξνύζεο γηα νξηζκέλε ζεξκνθξαζία θαη ζύζηαζε ζε θαηάζηαζε ηζνξξνπίαο. β. Η δηαιπηόηεηα ελόο ζηνηρείνπ ζε έλα άιιν. γ. Η ζεξκνθξαζία πνπ αξρίδεη ε ζηεξενπνίεζε ελόο ηήγκαηνο ή ε ηήμε ελόο θξάκαηνο. 2) Σρεδηάζηε ηα παξαθάηω δηαγξάκκαηα θάζεωλ θαη ηηο πεξηνρέο ηνπο: α) δπαδηθό ηζόκνξθν ζύζηεκα, β) δπαδηθό επηεθηηθό ζύζηεκα.

3) Έλα θξάκα ραιθνύ-ληθειίνπ πεξηέρεη 47% Cu θαη 53% Ni θαη βξίζθεηαη ζε ζεξκνθξαζία 1300 ν C. i) Πνηεο νη θάζεηο πνπ πεξηέρνληαη ζην θξάκα θαη πνηα ε ρεκηθή ηνπο ζύζηαζε ; ii) Πνηα ηα πνζνζηά ηωλ θάζεωλ (βάξε ηωλ θάζεωλ) ; (i) Από ην δηάγξακκα θάζεωλ Cu-Ni ηνπ παξαπάλω ζρήκαηνο βξίζθνπκε ην ζεκείν Ο ην νπνίν αληηζηνηρεί ζηε ρεκηθή ζύζηαζε (53% Ni) θαη ζηε ζεξκνθξαζία (1300 C). Βιέπνπκε πωο ην Ο βξίζθεηαη κέζα ζηε δηθαζηθή πεξηνρή L+α, ην νπνίν ζεκαίλεη όηη ην ζπγθεθξηκέλν θξάκα πεξηέρεη ζε απηή ηε ζεξκνθξαζία δύν θάζεηο: ηελ πγξή θάζε (L) θαη ηε ζηεξεή θάζε (α). Καηόπηλ θέξνπκε ηελ επζεία ηνπ κνρινύ (νξηδόληηα γξακκή, παξάιιειε ζηνλ άμνλα ηεο πεξηεθηηθόηεηαο), ε νπνία ηέκλεη ηε liquidus θαη ηε solidus ζηα ζεκεία Α, Β αληίζηνηρα. Η πεξηεθηηθόηεηα (ζε % Ni) ηωλ ζεκείωλ Α θαη Β είλαη ε πεξηεθηηθόηεηα (ζε % Νi) ηεο πγξήο θαη ζηεξεήο θάζεο αληίζηνηρα. Άξα : (% Ni) A = (% Ni) πγξήο θάζεο = 45 θαη (% Ni) Β = (% Ni) ζηεξεήο θάζεο = 58

(ii) Εθαξκόδνπκε ηνλ θαλόλα ηνπ κνρινύ ζηελ επζεία ΑΟΒ : Β l = 100*(OB)/(AB) = 100*(58-53)/(58-45) = 38 % Β s = 100-38 = 62% 4) Σηελ πεξίπηωζε θξάκαηνο Pb Sn επηεθηηθήο ζύζηαζεο, όπωο θαίλεηαη ζην παξαπάλω δηάγξακκα, ε ζεξκνθξαζία ηνπ ηεγκέλνπ θξάκαηνο κεηώλεηαη νκαιά κέρξη ηε ζεξκνθξαζία ηωλ 183 ν C όπνπ θαη αξρίδεη ε ζηεξενπνίεζή ηνπ ωζόηνπ θηάζεη ζε ζεξκνθξαζία δωκαηίνπ. Πνηεο ζα είλαη νη ζπζηάζεηο θαη νη ζπγθεληξώζεηο ηωλ θάζεωλ ζε ζεξκνθξαζία 182 ν C αιιά θαη ζε ζεξκνθξαζία δωκαηίνπ θάηω από ην επηεθηηθό ζεκείν; Β) πνηα ε ζύζηαζε ζε θιάζκαηα όγθνπ 1 βαζκό θάηω από ην επηεθηηθό ζεκείν;

Ι) ζα είκαζηε ζηελ πεξηνρή (α+β) κε ζύζηαζε 19% θ.β. Sn θαη 97,5 θ.β. Sn Η αλαινγία ηνλ θάζεωλ κέζω ηνπ θαλόλα ηνπ κνρινύ ζα είλαη: Σηνπο 25 ν C ζα είκαζηε ζηελ πεξηνρή (α+β) κε κεηωκέλε ζύζηαζε 2% θ.β. Sn θαη ε αληίζηνηρε ηνπ Pb ζηνλ Sn 0% θ.β., Άξα νη δύν κάδεο ζα είλαη: Β)

5) Πνηνο ν θαλόλαο θάζεωλ ηνπ Gibbs ζε ζύζηεµα ελόο ζπζηαηηθνύ κε δύν µεηαβιεηέο (ζεξµνθξαζία, πίεζε); P + F = C + Ν => P + F = C + 2 P + F = 3 Μνλνθαζηθή πεξηνρή: Επηθάλεηα δπν µεηαβιεηώλ: F =3-1 = 2 βαζµνί ειεπζεξίαο πν θάζεηο ζε ηζνξξνπία: Καµπύιε (γξαµµή) µηαο µεηαβιεηήο: F = 3-2 = 1 βαζµόο Τξεηο θάζεηο ζε ηζνξξνπία: Αµεηάβιεην ζεµείν: F = 3-3 = 0 βαζµνί

Αζθήζεηο: 1) Α) Πνηεο θάζεηο θαη πνηέο ζπζηάζεηο ηωλ θάζεωλ ππάξρνπλ ζην θξάκα 90 θ.β.% Ζn - 10 θ.β.% Cu ζηνπο 400 ν C; Β) Πνηα ηα ζρεηηθά πνζά θάζεωλ (ζε όξνπο θιάζκαηνο κάδαο) ηνπ παξαπάλω θξάκαηνο ζηελ ίδηα ζεξκνθξαζία; Από ην ζρήκα 9.17 ηνπ Calister: έρνπκε 2 θάζεηο ηελ ε θαη ηελ ε κε ζπζηάζεηο: 2) Σρεδηάζηε ηελ δνκή ηωλ θξακάηωλ Pb Sn γηα ηηο παξαθάηω ζπζηάζεηο ζε ζηεξεή θαηάζηαζε. η)30% θ.β. Sn, ηη) επηεθηηθό θξάκα, ηηη) 70% θ.β. Sn. 3) Σε έλα ηξηαδηθό ζύζηεκα ππάξρνπλ ηξία ζπζηαηηθά θαη ε ζεξκνθξαζία είλαη κηα κεηαβιεηή. Υπνινγίζηε ηνλ κέγηζην αξηζκό θάζεωλ πνπ κπνξνύλ λα ππάξρνπλ ζε έλα ηέηνην ζύζηεκα ζεωξώληαο όηη ε πίεζε δηαηεξείηαη ζηαζεξή.

Γηα έλα ηξηαδηθό ζύζηεκα (C = 3) ζε ζηαζεξή πίεζε (Ν = 1), από ηνλ θαλόλα θάζεωλ Gibbs : Ρ+F=C+N Όπνπ Ρ ν αξηζκόο ηωλ θάζεωλ, F ν βαζκόο παξακέηξωλ, C ν αξηζκόο ηωλ ζπζηαηηθώλ θαη Ν κεηαβιεηέο πνπ δελ ζρεηίδνληαη κε ηε ζύζηαζε. Άξα Ρ+F= C+N => Ρ+F= 3+1 => Ρ= 4-F Έηζη, γηα F=0, ην Ρ (ν αξηζκόο ηωλ θάζεωλ) παίξλεη ηελ κέγηζηε ηηκή ηνπ, γηα ηηο ζπγθεθξηκέλεο ζπλζήθεο, ίζε κε 4. Σημείωμα Αδειοδόηηζης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό δεν υπόκειται ςε άδειεσ χρήςησ CreativeCommons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπωσ εικόνεσ, που υπόκειται ςε άλλου τφπου άδειασ χρήςησ, η άδεια χρήςησ αναφζρεται ρητώσ.

Φρημαηοδόηηζη Σο παρόν εκπαιδεσηικό σλικό έτει αναπηστθεί ζηo πλαίζιo ηοσ εκπαιδεσηικού έργοσ ηοσ διδάζκονηα. Σο έργο «Ανοικηά Ακαδημαϊκά Μαθήμαηα ζηο Πανεπιζηήμιο Αθηνών» έτει τρημαηοδοηήζει μόνο ηη αναδιαμόρθωζη ηοσ εκπαιδεσηικού σλικού. Σο έργο σλοποιείηαι ζηο πλαίζιο ηοσ Δπιτειρηζιακού Προγράμμαηος «Δκπαίδεσζη και Για Βίοσ Μάθηζη» και ζσγτρημαηοδοηείηαι από ηην Δσρωπαϊκή Ένωζη (Δσρωπαϊκό Κοινωνικό Σαμείο) και από εθνικούς πόροσς.