3.Фазы и структура металлических сплавов

1. Сплав — макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных). По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов. Порошковые — прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых веществ, но и порошки химических соединений.

2. Термодинамическая фа́за — термодинамически однородная по свойствам часть термодинамической системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы. Другое определение: Фаза — гомогенная часть гетерогенной системы. В однокомпонентной системе разные фазы могут быть представлены различными агрегатными состояниями или разными полиморфными модификациями вещества. В многокомпонентной системе фазы могут иметь различный состав и структуру. В любом случае при наличии раздела фаз подразумевается принципиальная возможность перехода вещества из одной фазы в другую.

3.

4. Газотермическое напыление, наплавка,химико-термическая обработка повышают твёрдость, кавитационную и коррозионную стойкость и, создавая на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивают надёжность и долговечность деталей машин. Кроме того увеличить прочность и сопротивление усталости можно созданием соответствующих композиций сплавов и технологии обработки. При сохранении достаточно высокой пластичности, вязкости и трещиностойкости данные методы повышает надёжность и долговечность машин и понижает расход металла на их изготовление вследствие уменьшения сечения деталей.

5. Вещества, из которых состоит сплав, называются компонентами. Компоненты при сплавлении и кристаллизации могут вступать друг с другом во взаимодействия. В результате в сплавах образуются различные структуры с различными свойствами. Так, компоненты сплава могут химически взаимодействовать, образуя структуру химического соединения, или взаимно диффундировать, образуя твердые растворы. Если взаимодействия между компонентами нет, при кристаллизации они образуют механическую смесь кристаллов и т. д. Химическое соединение имеет строго постоянный состав, его можно описать формулой. Оно имеет собственную кристаллическую решетку, постоянную температуру плавления и отличается высокой твердостью и хрупкостью. В системе железо — углерод химическим соединением является карбид железа Fе3С — цементит. Твердые растворы образуются, когда атомы растворимого металла за счет диффузии проникают в кристаллическую решетку компонента-растворителя. Чаще всего встречаются твердые растворы двух типов: замещения и внедрения. В твердых растворах замещения часть атомов металла растворителя заменена атомами растворимого компонента. Например, в сплавах железа с хромом, никелем и другими элементами атомы железа частично заменяются атомами хрома и т. д. Если размеры атома растворителя и растворенного вещества близки, то замена одних атомов на другие идет «безболезненно», т. е. кристаллическая решетка почти не искажается и тогда говорят о неограниченной растворимости одного компонента в другом. Если размеры атомов отличаются, то при замещении атомов может наступить предел, т. е. кристаллическая решетка исказится так, что не сможет происходить замена одного атома на другой. Это соответствует ограниченной растворимости. При образовании твердых растворов внедрения атомы растворенного компонента внедряются между узлами кристаллической решетки растворителя. Это возможно, если атом растворителя очень мал и ему хватает пространства между узлами решетки. Однако решетка искажается и всегда наступает предел растворения. Растворы внедрения чаще образуются между металлами и неметаллами. Например, в сплавах железа с азотом, углеродом, бором. Механические смеси образуются в случае отсутствия взаимодействия между компонентами. Механическая смесь неоднородна и обычно плохо деформируется.

6. Для характеристики изменений структуры сплавов в зависимости от состава и температуры строят диаграммы состояния. Они представляют собой графическое изображение равновесного или неравновесного состояния сплавов и строят их в координатах температура – состав.

Равновесное состояние сплавов достигается при малых скоростях охлаждения или длительном нагреве. Неравновесное состояние, приводящее к повышению механических и других свойств, характеризуется ограниченной устойчивостью и способностью перехода в другие устойчивые состояния.

Без знания диаграмм состояния нельзя научно обоснованно выбирать сплавы с заданными свойствами и выбирать режимы литья, термической обработки и обработки давлением.

Диаграммы состояния обычно строятся с помощью термического метода анализа металлов и сплавов. Сущность метода сводится к определению критических точек металлов и сплавов. Строят кривые охлаждения, которые выражают графическую зависимость между изменением температуры металла (сплава) при охлаждении и временем, в течение которого эти изменения происходят. Эти кривые строятся в координатах температура (ось ординат) – время охлаждения (ось абсцисс).

Так как фазовые превращения в металлах и сплавах сопровождаются тепловыми эффектами, то на кривых охлаждения можно наблюдать либо остановки (площадки), либо перегибы. Появление площадки говорит о том, что фазовые превращения происходят при постоянной температуре. Перегибы появляются в результате изменения скорости охлаждения, в этом случае фазовые превращения протекают в интервале температур.

Температуры начала и конца фазовых превращений, определяемые по кривым охлаждения, называются критическими. Соответствующие им точки на кривых охлаждения называются критическими точками. На основании кривых охлаждения строится диаграмма состояния сплавов.

7. При образовании механических смесей свойства изменяются по линейному закону. Значения характеристик свойств сплава находятся в интервале между характеристиками чистых компонентов. При образовании твердых растворов с неограниченной растворимостью свойства сплавов изменяются по криволинейной зависимости, причем некоторые свойства, например, электросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов. При образовании твердых растворов с ограниченной растворимостью свойства в интервале концентраций, отвечающих однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному закону, а в двухфазной области – по линейному закону. Причем крайние точки на прямой являются свойствами чистых фаз, предельно насыщенных твердых растворов, образующих данную смесь. При образовании химических соединений концентрация химического соединения отвечает максимуму на кривой. Эта точка перелома, соответствующая химическому соединению, называется сингулярной точкой.

8.

9.