3.2 Властивості металів та металічних сплавів
3.2.1 Основні поняття та терміни
Металічний сплав – з’єднання двох або декількох металів один з одним або з неметалами у якого зберігаються металічні властивості: здатність кувати, висока електро- та теплопровідність, міцність, пластичність та інші. Хімічні елементи або сполуки у складі сплава називаються компонентами. За числом компонентів сплави бувають подвійні, потрійні та інші. За характером взаємодії компонентів сплави бувають:
Механічна суміш. Утворюється якщо сила взаємодії однорідних атомів більша за силу взаємодії між різнорідними атомами. Компоненти не здатні до взаємного розчинення у твердому стані та не вступають у хімічну реакцію з утворенням сполуки. Атоми компонентів не змішуються і структура таких сплавів являє собою суміш кристалів компонентів. Механічні властивості залежать від кількісного співвідношення компонентів.
Твердий розчин. Утворюється якщо один компонент зберігає свою кристалічну решітку (розчинник), а другий у вигляді окремих атомів розподіляється у кристалічній решітці першого. Утворюється тільки один вид кристалічної решітки. Такі розчини однорідні (гомогенні), бо їх структура являє собою однакові за складом і властивостями зерна.
Хімічна сполука. Утворюється якщо сила взаємодії між різнорідними атомами більша за силу взаємодії між однорідними. Утворюється нова кристалічна решітка. Хімічні сполуки металів називають інтерметалічними, а сполуки з неметалами – нітридами, гідридами, боридами, карбідами і т.д.
Загального
призначення
Спеціальні
Подвійні (бінарні)
Багатокомпонентні
(складні)
За призначенням
За кількістю
компонентів
За складом і властивостями
За способом виготовлення виробів
Сплави
Звичайні
Прецезійні
Ливарні
Деформуємі
За структурою
За присутністю
домішок
евтектичні
нелеговані
механічні суміші
низьколеговані
Рисунок
3.7 Класифікація сплавів
тверді розчини
середньолеговані
хімічні сполуки
високолеговані
Класифікують існуючі сплави за певними ознаками (Рис. 3.7).
При вивченнях процесів, що відбуваються у сплавах при їх перетвореннях у металознавстві використовують поняття: система, фаза, компонент.
Система – сукупність фаз, що знаходяться у рівновазі при певних зовнішніх умовах (температурі, тиску). Являє собою сукупність тіл або речовин виділених для спостереження.
Фаза – однорідна за хімічним станом, кристалічною будовою і властивостями частина системи, відокремлена від інших частин системи поверхнею розділу при переході через яку хімічний склад або будова змінюється стрибком. Однорідна речовина являє собою однофазну систему, а механічна суміш двох видів кристалів – двохфазну.
Компонента – речовина, що входить до складу сплава. Чистий метал – однокомпонентна система, сплав двох металів – двохкомпонентна тощо. Хімічні сполуки виступають як компоненти за умови, що вони не дисоціюють на складові у досліджуваних інтервалах температур.
Д
іаграма
стану графічно відображає фазовий стан
сплавів в залежності від температури
і концентрації в умовах рівноваги. В
залежності від характера взаємодії
компонентів та здатності розчинюватись
можливі різні типи діаграм стану.
Найпростіше розглянути діаграму сплава
з обмеженою розчинюваністю компонентів
у твердому стані (Рис. 3.8). Діаграму
будують у координатах температура-концентрація.
Для цього виготовляють серію сплавів
з різною концентрацією компонентів і
за результатами термічного аналізу
будують криві їх охолодження.
Рисунок
3.8 Діаграма фазового стану сплава з
обмеженою розчинюваністю компонентів
у твердому стані.
Дана система складається з трьох фаз:
рідина (позначимо її Р);
твердий розчин компоненти В у компоненті А (позначимо його );
твердий розчин компоненти А у компоненті В (позначимо його ).
Лінія КСD називають лінією ліквідус (початку кристалізації). По лінії КС з рідини починають виділятись кристали , а по лінії CD– кристали . Лінію KECFD називають солідус (кінець кристалізації). На лінії КЕ солідуса сплав повністю кристалізується з утворенням кристалів , а на лінії FD – кристалів . На лінії солідуса ECF відбувається одночасна кристалізація та з утворенням механічної суміші цих фаз, яку називають евтектикою. Сплав склада точки С після затвердіння (кристалізації) складається тільки з евтектики ( + ) і називається евтектичним сплавом. Сплави зі складом лівіше точки С (на лінії ЕС) називають доевтектичними, а правіше точки С - заевтектичними. Кривизна лінії ES ілюструє обмежену розчинність у твердому стані компоненти В у компоненті А, яка зменшується з зниженням температури. Розчинність компоненти А у компоненті В не змінюється при зниженні температури (лінія FM).