Микроструктура сплавов системы Bi – Pb – Sn

Лабораторная работа № 4

СТРУКТУРА ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ

Bi – Pb – Sn

Современная техника не ограничивается использованием чистых металлов и двойных сплавов. В большинстве случаев для обеспечения требуемого комплекса свойств применяют многокомпонентные сплавы. Поэтому возникает необходимость изучения диаграмм состояния тройных и более сложных систем.

Рисунок 1.- Проекции поверхностей ликвидуса на плоскость концентрационного треугольника.

В качестве примера рассмотрим систему Bi – Sn –Pb, в структуре сплавов которой присутствует тройная эвтектика (рисунок 1). Обычно сплавы, содержащие эвтектику с температурой плавления ниже олова, называются легкоплавкими. Легкоплавкие компоненты подбирают в сочетаниях, обеспечивающих образование многофазной эвтектики. Примером является данная система.

Температуры плавления Sn, Bi и Pb равны соответственно 232, 268 и 327 ^оС. Температуры плавления двойных эвтектик равны: е₁ (46% Bi + 54%Рb) – 125^оС; е₂ (34%Вi + 66%Sn) – 137^оС; е₃ (38%Рb + 62%Sn) – 183^оС. Температура плавления сплава состава тройной эвтектики (32%Pb + 16%Sn, ост. Bi) – 96^оС. В четверной системе при добавке кадмия эвтектика плавится уже при 68^оС, а в пятикомпонентной системе с добавкой индия – при 47^оС (сплав Вуда).

Сплавы с эвтектикой применяют в качестве легкоплавких припоев, предохранительных пробок и вставок, материалов для анатомических слепков, заливки металлографических шлифов и т.п.

При изучении шлифов следует обратить внимание на то, что избыточные первичные фазы Sn, Bi и Pb, выделявшиеся при кристаллизации, отличаются между собой формой кристаллов и степенью травимости (рисунки 3-5). Наиболее мягкая фаза (свинец) имеет округлую форму кристаллов и выявляется в виде темной структурной составляющей, в то время как олово и висмут – ограненные кристаллы. Двойные эвтектики отличаются своим строением (морфологией) и выглядят по сравнению с тройной эвтектикой более светлыми (рисунки 5-9).

Задание. 1. Изучить структуры трехкомпонентных сплавов системыBi – Pb – Sn с помощью микроскопа и зарисовать их; указать фазовые и структурные составляющие.

2. Построить кривые охлаждения и зарисовать схему кристаллизации рассмотренных сплавов.

3. Выполнить сравнительный анализ структур избыточных фаз, двойных и тройных эвтектик, объяснить причины различного их строения.

Микроструктура сплавов системы Bi – Pb – Sn

Рисунок 2.   ×	Шлиф 1. Структура эвтектики представляет собой дисперсную физико-химическую смесь трех фаз (висмута, свинца и олова), выявляется при травлении в виде пестрой картины чередующихся светлых и темных фаз.
Рисунок 3.   ×	Шлиф 2. В структуре видны две структурные составляющие: светлые ограненные кристаллы Bi и пестрая тройная эвтектика эт(Bi+Pb+Sn).
Рисунок 4.   ×	Шлиф 3.В структуре также видны две структурные составляющие: светлые кристаллы Sn, внутри пестрой тройной эвтектики эт(Bi+Pb+Sn).
Рисунок 5.   ×	Шлиф 4. В структуре также видны две структурные составляющие: темные округлые включения Pb и светлая пестрая тройная эвтектика эт(Bi+Pb+Sn).
Рисунок 6. ×	Шлиф 5. В структуре видны две структурные составляющие: светлые пестрые участки двойной эвтектики эд(Bi+Sn), окруженные более темной пестрой тройной эвтектикой эт(Bi+Pb+Sn).
Рисунок 7. ×	Шлиф 6. В структуре видны три структурные составляющие: светлые ограненные кристаллы Bi, окруженные двойной эвтектикой эд(Bi+Sn) и более темная пестрая тройная эвтектика эт(Bi+Pb+Sn).
Рисунок 8 ×	Шлиф 7. В структуре видны три структурные составляющие: светлые ограненные кристаллы Sn, окруженные двойной эвтектикой эд(Sn+Pb) и занимающая остальную площадь шлифа более темная пестрая тройная эвтектика эт(Bi+Pb+Sn).