14. Металлические сплавы

Металлические сплавы - это вещества, образовавшиеся в результате затвердевания жидких расплавов, состоящих из двух или нескольких компонентов. К компонентам, образующим сплав, относятся химически индивидуальные вещества или их устойчивые соединения. Металлические сплавы состоят либо только из металлов (например, сплав меди и цинка - латунь), либо из металлов с небольшим содержанием неметаллов (сплавы железа с углеродом - чугун и сталь). Изменяя компоненты и соотношения между ними, получают сплавы с самыми разнообразными физическими, механическими или химическими свойствами. После затвердевания в составе сплавов могут образоваться твердые растворы, химические соединения или механические смеси.

15. Твердые растворы.

Они образуются в том случае, когда в кристаллической решетке одного компонента атомы замещаются на атомы другого компонента. Это твердые растворы замещения. Бывают твердые растворы внедрения, твердые растворы вычитания.

Твердые растворы замещения подразделяют на растворы неорганической и органической растворимости.

1) Основной металл, атомы в котором замещаются, называется растворителем.

2) Растворенный компонент.

Для того, чтобы получить твердый раствор неорганической растворимости замещаются атомы растворенного компонента. Необходимо выполнение трех условий:

а) Кристаллические решетки обоих компонентов являются изоморфными (однотипными)

б) Разница в атомных радиусах не должна превышать 14 или 15 %

в) Сплавляемие компоненты должны находиться в одной части периодической таблицы.

Невыполнение хотя бы одного из условий приводит к образованию твердых растворов ограниченной растворимости. К растворам, в которых атомы кристаллической решетки растворителя частично замещаются атомами растворимого компонента.Твердые растворы внедрения.Твердые растворы внедрения образуются, когда атомы одного компонента внедряются в пустоты или дефекты другого компонента. Такое возможно лишь в случае большого различия в атомных радиусах компонента. Твердые растворы внедрения образуют металлы с углеродом, азотом и твердые растворы замещения.

Твердые растворы вычитания.

Они образуются на базе хим. соединений при недостатке атомом одного из компонентов. Отдельные узлы кристаллической решетки растворителя остаются вакантными.

16. Химические соединения.

Хим. соединения образуются при строго определенном количественном соотношении атомов. Для хим. соединения характерным является то, что кристаллическая решетка его отличается от кристаллической решетки сплавляемых компонентов. Если хим. соединение образуют металлы, то его называют интерметаллидом.

Хим соединения. Признаки хим соединения: 1) Должно быть определенное соотношение атомов; 2) Крист решетки исходных эл-тов и хим соединения разные; 3) Атомы в хим соед находятся в строго орпеделенных местах.

Если есть формула, есть разные крист решетки, а нет строго опр расположения, то это промежуточная фаза.

17. Диаграмма состояния. Построение диаграмм.

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от концентрации и температуры (рис. 4.5)

Диаграммы состояния показывают равновесные состояния, т.е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии, и поэтому ее также называют диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы.

Рис. 4.5. Диаграмма состояния

Равновесного состояния можно достигнуть при бесконечно медленном охлаждении или нагреве

Построение диаграмм состояния наиболее часто осуществляется при помощи термического анализа (который основан на фиксировании тепловых эффектов фазовых превращений). В расплав сплава какого-то состава опускается термопара, соединённая с гальванометром. В процессе остывания череза равные промежутки времени записываются в таблицу показатели температуры до полного затвердевания сплава. По данным точкам для различных составов строятся кривые охлаждения. После построения кривых охлаждения на них фиксируются перегибы, обозначающие выделение тепла на линиях. Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называют критическими точками:

1-начало кристаллизации

2-конец кристаллизации

3-начало фазового превращения

4-конец фазового превращения.

Некоторые критические точки имеют названия, например, точки отвечающие началу кристаллизации называют линией ликвидус, а концу кристаллизации – линией солидус.

По кривым охлаждения строят диаграмму состояния в координатах: по оси абсцисс –концентрация компонентов, по оси ординат – температура.

Шкала концентраций показывает содержание компонента В. Основными линиями являются линии ликвидус (1) и солидус (2), а также линии соответствующие фазовым превращениям в твердом состоянии (3, 4).

По диаграмме состояния можно определить температуры фазовых превращений, изменение фазового состава, приблизительно, свойства сплава, виды обработки, которые можно применять для сплава.