Класифікація сплавів твердих розчинів.
По ступенях розчинності компонентів розрізняють тверді розчини:
с необмеженою розчинністю компонентів;
с обмеженою розчинністю компонентів.
При необмеженій розчинності компонентів кристалічна решітка компонента розчинника в міру збільшення концентрації розчиненого компонента плавно переходить у кристалічну решітку розчиненого компонента.
Для утворення розчинів з необмеженою розчинністю необхідні:
ізоморфність (однотипність) кристалічних решіток компонентів;
близькість атомних радіусів компонентів, які не повинні відрізнятися більш ніж на 8...13 %.
близькість фізико-хімічних властивостей подібних по будову валентних оболонок атомів.
При обмеженій розчинності компонентів можлива концентрація розчиненої речовини до певної межі, при подальшому збільшенні концентрації однорідний твердий розчин розпадається з утворенням двофазної суміші.
По характері розподілу атомів розчиненої речовини в кристалічній решітці розчинника розрізняють тверді розчини:
заміщення;
впровадження;
вирахування.
У розчинах заміщення в кристалічній решітці розчинника частина його атомів заміщена атомами розчиненого елемента (мал. 4.4 а). Заміщення
здійснюється у випадкових місцях, тому такі розчини називають неупорядкованими твердими розчинами.
Кристалічна решітка твердих розчинів заміщення (а), впровадження (б)
При утворенні розчинів заміщення періоди решітки змінюються залежно від різниці атомних діаметрів розчиненого елемента й розчинника. Якщо атом розчиненого елемента більше атома розчинника, то елементарні осередки збільшуються, якщо менше - скорочуються. У першому наближенні ця зміна пропорційно концентрації розчиненого компонента. Зміна параметрів решітки при утворенні твердих розчинів - важливий момент, що визначає зміна властивостей. Зменшення параметра веде до більшого зміцнення, чим його збільшення.
Тверді розчини впровадження утворяться впровадженням атомів розчиненого компонента в пори кристалічної решітки розчинника (мал. 4.4 б).
Утворення таких розчинів, можливо, якщо атоми розчиненого елемента мають малі розміри. Такими є елементи, що перебувають на початку періодичної системи Менделєєва, вуглець, водень, азот, бор. Розміри атомів перевищують розміри міжатомних проміжків у кристалічній решітці металу, це викликає перекручування решітки й у ній виникають напруги. Концентрація таких розчинів не перевищує 2-2,5%
Тверді розчини вирахування або розчини з дефектною решіткою. утворяться на базі хімічних сполук, при цьому можлива не тільки заміна одних атомів у вузлах кристалічної решітки іншими, але й утворення порожніх, не зайнятих атомами, вузлів у решітці.
До хімічної сполуки додають, один із вхідних у формулу елементів, його атоми займають нормальне положення в решітці сполуки, а місця атомів іншого елемента залишаються, незайнятими.
Кристалізація сплавів.
Кристалізація сплавів підкоряється тим же закономірностям, що й кристалізація чистих металів. Необхідною умовою є прагнення системи в стан з мінімумом вільної енергії.
Основною відмінністю є більша роль дифузійних процесів, між рідиною й фазою, що кристалізується. Ці процеси необхідні для перерозподілу різнорідних атомів, рівномірно розподілених у рідкій фазі.
У сплавах у твердих станах, мають місце процеси перекристалізації, обумовлені алотропічними перетвореннями компонентів сплаву, розпадом твердих розчинів, виділенням із твердих розчинів вторинних фаз, коли розчинність компонентів у твердому стані міняється зі зміною температури.
Ці перетворення називають фазовими перетвореннями у твердому стані.
При перекристалізації у твердому стані утворяться центри кристалізації й відбувається їхній ріст.
Звичайно центри кристалізації виникають по границях зерен старої фази, де решітка має найбільш дефектну будову, і де є домішки, які можуть стати центрами нових кристалів. У старої й нової фази, протягом деякого часу, є загальні площини. Такий зв'язок решіток називається когерентним зв'язком. У випадку розходження будови старої й нової фаз перетворення протікає з утворенням проміжних фаз.
Порушення когерентності й відокремлення кристалів наступає, коли вони придбають певні розміри.
Процеси кристалізації сплавів вивчаються по діаграмах стану.