|
|
Тема 2. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ СПЛАВОВ
Сплав – промышленный материал, содержащий несколько элементов. Получают сплавы различными технологическими способами: — Сплавление — Порошковая металлургия — Диффузионный метод — Электролиз и др. Преимущественное использование в промышленности находят сплавы металлов с неметаллами и металлами. В сплавах элементы могут по разному взаимодействовать между собой, образуя различные по химическому составу, типу связи и строению кристаллические фазы. Фазой – называется однородная, отделенная поверхностью раздела часть металла или сплава, имеющая одинаковые состав, строение и свойства. В зависимости от атомно-кристаллической структуры различают твердые растворы и промежуточные фазы. Твердыми растворами называются кристаллы, в которых сохраняется тип кристаллической решетки элемента-растворителя. В промежуточных фазах образуется новый тип кристаллической решетки, отличающийся от решеток элементов, его образующих.
Твердые растворы Твердые растворы являются кристаллическими фазами переменного состава. Атомы растворенного элемента B размещаются в кристаллической решетке растворителя – элемента А, замещая атомы в узлах решетки или внедряясь между узлами. В первом случае кристаллы называют твердыми растворами замещения, во втором – твердыми растворами внедрения (рис.2.1.1). Количество замещенных атомов, также как и количество внедренных, может изменяться в широких пределах, что и приводит к переменной растворимости твердых растворов. Твердые растворы обозначают буквами греческого алфавита: α,β,γ и т.д. или А(В) где А– растворитель, В – растворенный элемент.
Твердые растворы замещения Замещение атомов растворителя А атомами растворенного элемента В возможно, если атомные радиусы отличаются не более чем на 15%. Это условие называется размерный фактор. В твердых растворах атомы растворенного вещества, как правило, распределяются в решетке растворителя статистически (с некоторой долей вероятности). Вокруг атома растворенного вещества возникает местные искажения пространственной решетки, которые приводят к изменению свойство и среднего периода решетки. Растворение элементов с меньшим атомным радиусом, чем атомный радиус растворителя вызывают уменьшение среднего периода решетки, а с большим его увеличением. Образование твердых растворов всегда сопровождается: — увеличением электрического сопротивления; — уменьшением температурного коэффициента электрического сопротивления; — меньшей пластичностью; — большей твердостью и прочностью, чем чистые металлы. Растворимость элементов в твердом состоянии уменьшается при увеличении различия в атомных радиусах сплавленных элементов и их валентности. Неограниченная растворимость наблюдается при соблюдении размерного фактора и если элементы имеют одинаковый тип кристаллической решетки. Например, в сплавах Cu-Au, Cu-Ni, Cr-Si. В полиморфных металлах неограниченная растворимость встречается в пределах одной модификации пространственной решетки: Feα дает неограниченный ряд твердых растворов с Cr (ОЦК-решетки), а Feγ – с Ni (ГЦК решетки). Многие твердые растворы замещения при относительно невысоких температурах способны находиться в упорядоченном состоянии, т.е. вместо статистического распределения разных атомов в узлах пространственной решетки атомы одного и другого металла размещаются в определенном порядке. Такие растворы называются упорядоченными (образуется «сверхструктура»). Переход в упорядоченное состояние происходит при определенной температуре или интервале температур. Температура, при которой твердый раствор полностью разупорядочивается, называется точкой Курнакова (qк). Упорядочение происходит обычно только при медленном охлаждении твердого раствора из температуре области выше qк. Упорядоченные твердые растворы встречаются в системах с неограниченной растворимостью в твердом состоянии и возникают при концентрациях твердого раствора, соответствующих простым атомным соотношением АВ, АВ3. Возникновение и исчезновение порядка в расположении атомов твердых растворов сопровождается изменением свойств. При упорядочении возрастают: электропроводность, температурный коэффициент электрического сопротивления, твердость и прочность; снижается пластичность сплава, уменьшается магнитная проницаемость (у ферромагнитных сплавов). Твердые растворы внедрения Твердые растворы внедрения возникают при сплавлении переходных металлов с неметаллами, имеющими малый атомный радиус – H, N, C, B. Основным условием, определяющим возможность растворения путем внедрения является размерный фактор. Твердые растворы внедрения всегда имеют ограниченную растворимость и встречаются преимущественно тогда, когда растворитель имеет ГП- и ГЦК- решетки, в которых имеются поры с радиусом 0.41R (R – радиус атома растворителя). В ОЦК решетке растворимость путем внедрения мала, т.к. размер пор не превосходит 0.29R. Примером твердых растворов внедрения, имеющих промышленное значение, являются твердые растворы углерода в Feγ и Feα. Feγ растворяет до 2.14% (мас.) углерода (ГЦК-решетка.), а Feα c ОЦК-решеткой почти совсем его не растворяет (0.02%). Искажения решетки при образовании твердых растворов внедрения больше, чем при образовании твердых растворов замещения, поэтому у них более резко изменяются и свойства. По мере увеличения концентрации растворенного элемента в твердом растворе заметно возрастают электрическое сопротивление, твердость и прочность, значительно понижаются пластичность и вязкость. В сплавах, содержащих более двух элементов, возможно растворение в одном и том же растворителе и путем замещения и путем внедрения. Так, при сплавлении Fe c Mn и C получится твердый раствор, в котором Mn растворяется путем замещения, а углерод – путем внедрения. Следует подчеркнуть, что все твердые растворы – это кристаллы, наиболее близкие по свойствам к растворителю, т.к. сохраняют его кристаллическую решетку и тип связи. Твердые растворы составляют основу большинства промышленных конструкционных сплавов.
Промежуточные фазы Кристаллы, образованные различными элементами и имеющие собственный тип кристаллической решетки, отличающийся от решеток, составляющих их элементов, называются промежуточной фазой. В промежуточных фазах может быть любой тип связи, который и определяет свойства кристаллов. Расположение атомов (или ионов) в решетке может быть неупорядоченным, либо полностью или частично упорядоченным. Промежуточные фазы имеют переменный состав – либо в связи с наличием небольших межузельных «лишних» атомов (ионов) либо с недостатком атомов в узлах решетки. Промежуточные фазы (П.Ф.) обозначают так же, как и твердые растворы, буквами греческого алфавита. Допускается обозначения химическими формулами, который отражают состав (стехиометрический), при котором кристаллы не имеют дефектов межузельных атомов и вакансий. Структура промежуточной фазы зависит от: — относительного размера атомов — валентности — положения в ПСЭ
  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|