Примеси в металлах и сплавах

      В заключение вкратце рассмотрим влияние примесей. Они неизбежно присутствуют в металлах и сплавах, в той или иной степени ухудшая их свойства. Сначала рассмотрим влияние примесей на «чистые» металлы.

       1. Примесь растворима в металле.

      В этом случае она  образует с металлом твердый раствор  малой концентрации. При этом самостоятельная структурная составляющая не образуется. Такие примеси слабо влияют на механические свойства металлов, но сильно изменяют их физико-химические свойства – ухудшают коррозионную стойкость, тепло- и электропроводность.

       2. Примесь нерастворима в металле.

      В этом случае примесь входит в металл в составе  эвтектики, которая выпадает по границам зерен основного металла. Нерастворимые примеси могут влиять на механические и технологические свойства металлов даже в малых концентрациях.

    В частности, нерастворимые легкоплавкие примеси приводят к красноломкости.  Это относится, в частности, к примесям Pb, Bi и Sb  в меди. Например, висмут, не растворяясь в меди, присутствует в ней в составе эвтектики. Она состоит практически из чистого висмута (0.2%Cu+99.8%Bi) и плавится при 270^оС. При нагреве эвтектика плавится, образуя межкристаллитные прослойки жидкой фазы, что ведет к снижению пластичности при температурах 300-400^оС (красноломкость). Тугоплавкие примеси образуют тугоплавкие эвтектики и к красноломкости не приводят.

        3. Примесь образует с основным металлом химическое соединение.

     Например, кислород образует с медью закись меди Cu₂O. Её кристаллы входят в эвтектику Эвт(Cu - Cu₂O), располагающуюся по границам кристаллов меди.

     Т.е. кислород присутствует в меди в составе эвтектики. Примеси серы и фосфора образуют с медью сульфиды и фосфиды, которые образуют самостоятельные структурные составляющие. Такие примеси обычно ухудшают механические и технологические свойства. Например, кислородсодержащая медь менее технологична при производстве тонкой проволоки, (электропроводность при этом уменьшается незначительно).

 4.  Различные примеси взаимодействуют между собой, образуя самостоятельное соединение.

     Обычно это проявляется в уменьшении пластичности. Но в некоторых случаях происходит нейтрализация вредного воздействия  одних примесей другими. Например, примесь висмута в меди,  взаимодействуя с кислородом, образует окись висмута, которая оказывает менее вредное действие, чем кислород и висмут по отдельности.

      Общий вывод состоит в следующем. Растворимые примеси изменяют физико-химические свойства металла.  Примеси, образующие структурные составляющие, влияют на механические и технологические свойства и часто ухудшают коррозионные свойства. Увеличение содержания примесей часто ведет к увеличению температуры начала рекристаллизации, т.е. улучшает жаропрочность.

         Из сказанного следует, что свойства чистых металлов характеризует не содержание основного металла, а количество конкретных примесей. Разные примеси присутствуют в разной форме и по-разному влияют на свойства основного металла. Поэтому для конкретных целей металл с чистотой 99.6% может оказаться хуже  металла 99.5%, если у них разное содержание критической примеси.

      Сказанное в отношении чистых металлов, в целом справедливо и для сплавов.

     Например, нерастворимые в меди примеси Pb, Bi и Sb, образуя легкоплавкие эвтектики,  являются такими же вредными примесями в простых латунях, как и в меди. В  многокомпонентных сплавах количество примесей всегда больше, чем в чистых металлах (они попадают в сплав с каждой компонентой), кроме того, они могут взаимодействовать не только друг с другом, но и с легирующими компонентами. Структурные составляющие, образованные примесями, как правило, ухудшают коррозионные свойства, конструкционную прочность и технологичность сплавов. Поэтому сплавы, предназначенные для ответственного применения, часто производят из металлов повышенной чистоты.