1.7.3. Физические методы исследования

1. Термический анализ основан на явлении теплового эффекта. Фазовые превращения в сплавах сопровождаются тепловым эффектом, в результате на кривых охлаждения сплавов при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба или температурные остановки. Данный метод позволяет определить критические точки.

2. Дилатометрический метод.

При нагреве металлов и сплавов происходит изменение объема и линейных размеров − тепловое расширение. Если изменения обусловлены только увеличением энергии колебаний атомов, то при охлаждении размеры восстанавливаются. При фазовых превращениях изменения размеров необратимы.

Метод позволяет определить критические точки сплавов, температурные интервалы существования фаз, а также изучать процессы распада твердых растворов.

1. Магнитный анализ. Используется для исследования процессов, связанных с переходом из парамагнитного состояния в ферромагнитное (или наоборот), причем возможна количественная оценка этих процессов.

Глава 2. Металлические сплавы

Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны другие способы приготовления сплавов: спекание, электролиз, возгонка. В этом случае вещества называются псевдосплавами. Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы обладают более разнообразным комплексом свойств, которые изменяются в зависимости от состава и метода обработки.

2.1. Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов

Строение металлического сплава зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевания возможно различное взаимодействие компонентов.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы:

1) механические смеси;

2) химические соединения;

3) твердые растворы.

1. Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия между однородными атомами больше, чем между разнородными. Сплав состоит из кристаллов входящих в него компонентов (рис.2.1), при этом в сплавах сохраняются кристаллические решетки компонентов. В механической смеси каждый из компонентов сохраняет свои специфические свойства.

Рис. 2.1. Схема микроструктуры механической смеси

Механические смеси образуются путем срастания кристаллитов между собой при кристаллизации и называются соответственно:

эвтектика или перитектика — при образовании в раздельной первичной кристаллизации;

эвтектоид или перитектоид — при образовании во вторичной кристаллизации.

Эвтектика, эвтектоид, перитектика и перитектоид возникают при соответствующих фазовых превращениях.

Эвтектическим превращением в сплавах называется такое, при котором происходит одновременная кристаллизация двух фаз при постоянной и самой низкой для данной системы сплавов температуре первичной кристаллизации, а эвтектоидное превращение соответству­ет аналогичному процессу при вторичной кристаллизации.

Эвтектика представляет собой равномерно чередующиеся пла­стинки структурных компонентов, образованных из двух или более фаз. Иногда фазы в эвтектике непрерывно разветвлены друг в друге. В эвтектике могут присутствовать также обособленные кристаллы твердых растворов или химических соединений.

Структуры эвтектики и эвтектоида схожи, но эвтектоиды яв­ляются более дисперсными структурными составляющими, так как образуются при распаде твердого раствора в процессе вторичной кристаллизации, когда процессы диффузии протекают более медленно.

При перитектическом превращении в сплавах, в отличие от эвтектического, кристаллизуются одновременно не две фазы, а только одна, образующаяся за счет ранее выделившейся твердой фазы и жидкой части сплава определенного состава. Выявление структуры перитектики затруднено, как правило, тем, что перитектическое пре­вращение в условиях охлаждения сплавов технических металлов обычно не протекает до конца.

2. Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.

Особенности этих сплавов:

• постоянство состава, то есть сплав образуется при определенном соотношении компонентов, химическое соединение обозначается A_nВ_m4;

• образуется специфическая кристаллическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов, отличающаяся от решеток элементов, составляющих химическое соединение (рис. 2.2);

• ярко выраженные индивидуальные свойства;

• постоянство температуры кристаллизации, как у чистых компонентов.

Рис. 2.2. Кристаллическая решетка химического соединения

2. Сплавы твердые растворы − это сплавы, однофазные в твердом состоянии, в которых соотношения между компонентами могут изменяться и один из компонентов (растворитель) сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого компонента (или других) располагаются в решетке этого компонента, изменяя ее размеры (периоды решетки). Они являются кристаллическими веществами и состоят из однородных зерен (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема микроструктуры твердого раствора