3. Фазы в металлических сплавах

Сплавы получаются путем с плавления, спекания или одновременного осаждения из газовой фазы отдельных компонентов. Компоненты могут всту­пать во взаимодействие друг с другом, образуя фазы системы.

СПЛАВЫ

о тс у тс тв ие взаимодей­ствия компонентов, фа­зы так ой системы чис­тые компоненты, на­пример Fe-Pb.

взаимодействие компонентов – фаза – новая однородная часть системы, имеющая свой тип кристаллической решетки, состав, свойства и отдельная от других частей сис­тем ы поверхностью раздела.

ФАЗЫ

ж идкие растворы

тв ер д ые растворы

промежуточные фазы (химические с оединения)

_I

_I

т енденция к правильному расположению атомов на определенном расстоя­нии, характерном для данной Т⁰ – ближний по­рядок.

один из компонентов сохраняет свою кри­сталлическую решетку, а атомы других распола­гаются в решетке перво­го, изменяя ее размеры.

Тип кристалли­ ческой решетки, отличный от ре­ шетки компонен- то в , в соединении всегда сохраня­ ется простое кратное соотно­ шение компонен- то в А_mB_n, Т⁰ пла­ вления постоян­ на, свойства хи­ мического со­ единения резко отличаются от свойств компо­ нентов.

атомы компонентов В и С в решетке компонен­та А (растворитель)

16

Т ВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ обозначение - а, у, 5, 8 и т.д. микроструктура не отличается от микроструктуры чистого компонента.

З АМЕЩЕНИЯ – атомы рас­творенного компонента заме­няют атомы в узлах решетки растворителя.

А – атом растворителя; В – атом растворенного ком­понента.

Твердые растворы замещения – ограниченные и неограни­ченные.

Неограниченные тв е р д ые рас­творы образуются при усло­вии:

41. одинаковый (изоморфный) тип решетки компонентов;

42. различие атомных радиусов ≤ 8 – 15 %;

43. близкое расположение в пе­риодической системе. Неограниченно растворяются Сu-Ni, Ag-Au, V-Ti и т.д.

ВНЕД РЕНИЯ – атомы растворенно­го компонента располагаются в ме-жузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя.

Твердые растворы внедрения всегда ограниченные. Образуются при ус­ловии:

< 0,59;

Rрастворенного(В) Rрастворителя(А)

Чаще всего тв ер дые растворы этого типа образуют переходные металлы Fe, Mn, Co, Ti, Mo, W, V, Zr и др. с металлоидами – С, N, O, H.

17

П ромежуточные фазы (химические соединения) – состав может быть выражен формулой А_mB_n, где m и n – простые числа. Проме­жуточные фазы, образованные между металлами, носят название интерметаллиды.

образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном, кристаллическом строении, а так ж е большее отли­чие в размерах атомов.

НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ФАЗ

_I

ф азы внедрения – образуют пере­ходные металлы и неметаллы с ма­лым атомным радиусом – С, N, B, H – карбиды, нитриды, бориды. Фор­мула: М₄Х (Fe₄N, Mn₄N), M₂X (W₂C, Fe₂N и др.). Простая кубическая или гексагональная решетка (отличная от решетки компонентов). На базе решеток фаз внедрения образуются тв е р д ые растворы вычитания.

фазы Лавеса - имеют формулу АВ₂ и образуются между ком­понентами А и В при соотно­шении атомных диаметров D_a/D_в ~ 1,1 – 1,6. Решетка ГПУ. MnZn₂, MgNi₂ или ГЦК – TiBe₂, TiCr₂, FeW₂, FeMo₂ и т.д.

электронные с оединения – имеют определен­ное соотношение числа валентных электронов к числу атомов в кристаллической ячейке (оп­ределенную электронную концентрацию). Образуются между одновалентными (Cu, Ag, Au, Li, Na) или переходными металлами (Fe, Mn, Co и др.) и простыми металлами с ва­лентностью 2-5 (Be, Mg, Zn, Al и др.)

э лектронная концентра­ция 3/2 (1,48) – решетка ОЦК, сложная кубиче­ская, гексагональная, обозначение β. CuBe, CuZn, Cu₃A l и др.

электронная концен­трация 21/13 (1,62) – сложная решетка, обо­значение γ.

Cu₅Zn₈, Fe₅Zn₂₁, Cu₅Sn₈ и др.

электронная кон­центрация 7/4 (1,75) ГПУ решетка, обо­значение ε. CuZn₃, Cu₃Si, Cu₃Sn и др.

18

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

44. Что называется фазой? Какие фазы могут образоваться в металлических сис-те м ах ?

45. Что та к о е тв е р д ый раствор, какие типы тв е р д ых растворов вы знаете?

46. Что представляет из себя микроструктура тв ер д о г о раствора?

47. Условия образования неограниченных тв е р д ых растворов. Во з м о ж н а ли не­ограниченная растворимость углерода и азота в железе?

48. Приведите примеры химических соединений металла с металлом. Как они называются?

49. Приведите примеры химических соединений металла и неметалла, их назва­ния.

50. Что та к о е электронное соединение?

51. Какие компоненты образуют фазы внедрения?

Задача № 1

Неограниченно растворяются друг в друге Cu и Ni. Объясните, приведите причины, которые определяют подобное взаимодействие компонентов.

Задача № 2

По ч е м у никель неограниченно растворяется в железе модификации γ и ограниченно в железе модификации α?

Задача № 3

Какие соединения могут образовать между собой медь и цинк, медь и алюминий, железо и азот, железо и водород?

19