База рефератов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Агентство общего и профессионального образования

Челябинский государственный университет

Кафедра аналитической и физической химии

Курсовая работа

Определение термодинамических активностей компонентов бронзы БрБ2

Челябинск 2006

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Медь и сплавы на её основе. Бронзы

1.2 Диаграмма состояния Be–Cu

1.3 Диаграмма состояния Be–Ni

1.4 Диаграмма состояния Cu–Ni

1.5 Термодинамическое моделирование свойств твёрдых металлических растворов

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт зависимости энергий смешения компонентов системы Cu–Ni от температуры

2.2 Расчёт купола расслаивания твёрдого раствора Cu–Ni

2.3 Вычисление термодинамических активностей меди и никеля в бинарной системе при 25°С

2.4 Вычисление термодинамических активностей компонентов бронзы БрБ2 при 25°С

Выводы

Приложения

Список использованной литературы

медь бронза термодинамическая активность

Введение

Цель данной работы – расчёт термодинамических активностей компонентов бериллиевой бронзы БрБ2. Это является первым шагом на пути к изучению термодинамических свойств этой бронзы, построению диаграмм устойчивости сплава в различных условиях, изучению его физико-механических свойств. В настоящее время сплавы на основе меди, и в частности, бронзы находят широкое применение в различных областях науки и техники. Поэтому изучение свойств подобных сплавов – это интересный вопрос.

В первой части работы – обзоре литературы – будет приведена некоторая информация о меди и её сплавах. Особое внимание будет уделено бронзам, и в частности, бериллиевым бронзам.

Бериллиевая бронза БрБ2 – это трёхкомпонентная система. Для описания свойств её компонентов будут приведены диаграммы состояния бинарных систем, в которых эти компоненты соединены друг с другом попарно, а также краткие их описания.

Также будет рассказано о теории, в рамках которой будет произведён дальнейший расчёты – обобщённой теории «регулярных» растворов.

Вторая часть работы – расчётная. Собственно, в ней и будут приведены схемы расчётов всех необходимых величин и даны конкретные результаты, полученные автором работы.

Все комментарии к полученным результатам будут сделаны в выводах.

1. Литературный обзор

1.1 Медь и сплавы на её основе. Бронзы [1, c. 406-417]

Медь — металл красного, в изломе розового цвета. Температура плавления чистой меди равна 1083°С. Кристаллическая решетка - ГЦК с периодом а = 0,31607 нм. Плотность меди равна 8,94 г/см³. Медь обладает настолько высокими электропроводимостью и теплопроводностью, что их принято принимать за 100%, а для всех других технических металлов, за исключением серебра, эти свойства сравнивать со свойствами меди и выражать в процентах. Удельное электрическое сопротивление меди равно 0,0175 . В зависимости от чистоты медь изготовляют следующих марок: М00 (99,99% Cu), М0 (99,97% Cu), Ml (99,9% Cu), М2 (99,7% Cu), МЗ (99,50% Cu). Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства.

По характеру взаимодействия примесей с медью их можно разделить на три группы.

1) Примеси, образующие с медью твердые растворы: Ni, Zn, Sb, Sn, Al, As, Fe, P и др.; эти примеси (особенно Sb и As) резко снижают электропроводимость и теплопроводность меди, поэтому для проводников тока применяют медь М0 и Ml, содержащую <0,002 % Sb и <0,002 % As. Сурьма, кроме того, затрудняет горячую обработку давлением.

2) Примеси Pb, Bi и другие, практически не растворимые в меди, образуют в ней легкоплавкие эвтектики, которые, выделяясь по границам зерен, затрудняют обработку давлением. При содержании 0,005% Bi медь разрушается при горячей обработке давлением; при более высоком содержании висмута медь становится, кроме того, хладноломкой; на электропроводимость эти примеси оказывают небольшое влияние.

3) Примеси кислорода и серы, образующие с медью хрупкие химические соединения Сu₂О и Cu₂S, входящие в состав эвтектики. Кислород, находясь в растворе, уменьшает электропроводимость, а сера не влияет на нее. Сера улучшает обрабатываемость меди резанием, а кислород, если он присутствует в меди, образует закись меди и вызывает «водородную болезнь».

При нагреве меди в атмосфере, содержащей водород, происходит его диффузия вглубь меди. Если в меди присутствуют включения Сu₂О, то они реагируют с водородом, в результате чего образуются пары воды по реакции

Сu₂О + Н₂ → 2Сu + Н₂О,

протекающей с увеличением объема. Это создает в отдельных участках металла высокое давление и вызывает появление микротрещин, которые могут привести к разрушению детали.

Медь хорошо сопротивляется коррозии в обычных атмосферных условиях, в пресной и морской воде и других агрессивных средах, но обладает плохой устойчивостью в сернистых газах и аммиаке.

Механические свойства меди в литом состоянии таковы:

;

в горячедеформированном состоянии:

.

При холодном деформировании предел прочности может быть повышен до 450 МПа (проволока) при снижении относительного удлинения до 3%. Модуль нормальной упругости меди равен 115 000 МПа.

Медь легко обрабатывается давлением, но плохо резанием, и имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки. Медь плохо сваривается, но легко подвергается пайке. Ее применяют в виде листов, прутков, труб и проволоки.

В электротехнической промышленности, электронике и электровакуумной технике применяют бескислородную М0б (0,001% О₂) и раскисленную М1р (0,01% О₂) медь.

Различают две основные группы медных сплавов:

1) Латуни — сплавы меди с цинком;

2) Бронзы — сплавы меди с другими элементами, в числе которых, но только наряду с другими, может быть и цинк. Медные сплавы обладают высокими механическими и техническими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии. Принята следующая маркировка медных сплавов. Сплавы обозначают буквами «Л» (латунь) или «Бр» (бронза), после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. Например, О — олово, Ц — цинк, Мц — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б — бериллий, X — хром и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают количество легирующего элемента. ,

Порядок цифр для бронз и латуней различен. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 — латунь, содержащая 70% Си. В случае легированных деформируемых латуней указывают еще буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, например ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60% Сu, легированную алюминием (А) в количестве 1% и железом (Ж) в количестве 1%. Содержание цинка определяется по разности от 100% . В деформированных бронзах содержание основного компонента — меди — не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделенные друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов в процентах; цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие присутствие в бронзе того или иного элемента, например, бронза БрОЦ4-3 имеет следующий состав: олова (О) — 4%, цинка (Ц) — 3% . Содержание меди определяется по разности от 100%.

В литейных латунях и бронзах среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40% цинка (Ц) и 1,5% марганца (Мц). Бронза БрА10ЖЗМц2 содержит алюминия (А) 10%, железа (Ж) — 3% и марганца (Мц) — 2% .

Оловянные бронзы. На рис. 1.1 приведена диаграмма состояния Сu—Sn. Фаза α представляет твердый раствор олова в меди с ГЦК-решегкой. В сплавах этой системы образуются электронные соединения: β-фаза ( ), δ-фаза ( ), ε-фаза ( $IMAGE6$), а также γ-фаза — твердый раствор на базе химического соединения, природа которого не установлена. Система Сu—Sn имеет ряд перитектических превращений и два превращения эвтектоидного типа. При температуре 588°С кристаллы β-фазы претерпевают эвтектоидный распад с образованием α- и γ-фаз, а при 520°С кристаллы твёрдого раствора γ распадаются на фазы α и δ. При температуре 350°С δ-фаза распадается на α-твердый раствор и ε-фазу. Однако это превращение протекает только при очень медленном охлаждении. В реальных условиях охлаждения бронза состоит из α и δ фаз. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10 - 12% Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки. Оловянные бронзы при ускоренном охлаждении имеют резко выраженное дендритное строение.

$IMAGE7$

Рис. 1.1 Диаграмма состояния Cu-Sn

Бронзы, содержащие до 4-5% Sn, после деформации и отжига получают полиэдрическое строение и представляют собой в основном α-твердый раствор. После литья даже такие низколегированные бронзы в результате сильной ликвации могут иметь включения эвтектоида (α+δ).

При большем содержании олова в структуре бронз в равновесном состоянии с α-раствором присутствует эвтектоид (α+δ). Зависимость механических свойств литых бронз от содержания олова показана на рис. 1.2. Предел прочности возрастает с увеличением содержания олова. При высокой концентрации олова вследствие присутствия в структуре значительного количества эвтектоида, содержащего хрупкое соединение , предел прочности резко снижается.

Относительное удлинение несколько возрастает при содержании в бронзе 4-6% Sn, но при образовании эвтектоида сильно уменьшается. Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет её. Фосфор улучшает литейные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок и уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства бронз и сопротивляемость коррозии. Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но повышает плотность отливок, а главное — облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства.

$IMAGE9$

Рис. 1.2 Влияние олова на механические свойства бронз

Табл. 1.1 Механические свойства и назначение деформируемых и литейных оловянных бронз