2 Понятие о строении сплавов
Металлический сплав получают сплавлением двух или более металлов; сплавлением преимущественно металлов с неметаллами; спеканием порошков нескольких металлов. Существуют и другие методы получения сплавов. Полученное соединение обладает более высокими свойствами, чем чистые металлы.
Элемент, входящий в состав сплава, называется компонентом. Компонент, преобладающий в сплаве количественно, называется основным.
Компоненты, вводимые в сплав для придания ему нужных свойств, называются легирующими. Совокупность компонентов сплава называется системой.
Сплавы классифицируют по числу компонентов – на двойные (бинарные), тройные, четверные и многокомпонентные; по основному элементу – железные, алюминиевые, магниевые, титановые, медные и т. д.; по применению – конструкционные, инструментальные, жаропрочные, антифрикционные, пружинные, шарикоподшипниковые и т. д.; по плотности – тяжелые (на основе вольфрама, рения, свинца и др.)? легкие (алюминиевые, магниевые, бериллиевые и др.); по температуре плавления – тугоплавкие (сплавы на основе ниобия, молибдена, тантала, вольфрама и др.), легкоплавкие (припои, баббиты, типографские сплавы и т. д.); по технологии изготовления полуфабрикатов и изделий – литейные, деформируемые, спеченные, гранулированные, композиционные и т. д.
В зависимости от природы компонентов и от соотношения массовых количеств их сплавы после затвердевания могут образовывать механические смеси, твердые растворы и химические соединения.
Механические смеси образуются, когда из жидкого расплава одновременно выпадают кристаллы составляющих его компонентов. Обычно это имеет место, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии или обладают ограниченной растворимостью. Механические смеси могут состоять из кристаллитов чистых компонентов, твердых растворов и химических соединений. При образовании механической смеси кристаллические решетки фаз не меняются.
Фазой называют однородную часть системы, отделенную от других частей системы (фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура изменяются скачкообразно. Замечено, что механические смеси образуют металлы, отличающиеся друг от друга атомными объемами и температурой плавления.
Твердый раствор образуется тогда, когда кристаллы сплава содержат одновременно несколько компонентов, которые могут входить в состав кристаллов в произвольных весовых количествах. При образовании твердых растворов кристаллическая решетка растворителя сохраняется, изменяются только ее параметры. Твердые растворы могут быть с ограниченной и неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии. Установлено, что если кристаллические решетки компонентов одинаковы и атомные размеры отличаются не более чем на 15 %, то такие компоненты образуют твердые растворы.
По типу расположения атомов растворимого элемента твердые растворы делятся на две группы — замещения и внедрения.
На рисунке 2, а показана кристаллическая решетка твердого раствора замещения. Атомы компонента А частично замещают атомы компонента В (основного металла). В твердых растворах внедрения атомы растворенного вещества А располагаются в промежутках кристаллической решетки между атомами растворителя В (рисунок 2,б). Чаще всего это имеет место, когда в металле растворяются неметаллические элементы.
Компоненты входят в состав химического соединения в строго определенных соотношениях. Образование химического соединения сопровождается возникновением новой кристаллической решётки. Свойства химического соединения резко отличаются от свойств элементов, образующих его.