5.1.2. Вторичная кристаллизация металлов

Большое количество металлов способно перестраивать тип своей кристаллической решетки при достижении определенных температур. При каждой данной температуре равновесным будет тот тип решетки, который имеет наименьшую свободную энергию. Такое явление носит название полиморфизма или аллотропии. Перестройка одного типа решетки металла в другой при полиморфном превращении может происходить по двум механизмам: за счет диффузионного перераспределения атомов (нормальный) и за счет кооперативного сдвига атомов при мартенситном превращении.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое полиморфизм?

2. Что является главным условием протекания полиморфного превращения?

3. Какую кристаллическую решетку имеют: α-Fe, γ-Fe, α-Ti, β-Ti, α-Co?

5.2. Строение и свойства металлических сплавов

Необходимо понимать, что применение чистых металлов в промышленности крайне ограниченно. Их использование не всегда экономически выгодно, а часто и не оправдано, так как они не могут обеспечить требуемый комплекс свойств. В этом смысле наиболее перспективны сплавы, которые позволяют реализовать как любое достижимое свойство, так и целую группу требуемых свойств.

5.2.1.Фазовый состав сплавов

При рассмотрении этой главы следует усвоить следующие понятия: «компонент», «фаза», «структурная составляющая». В процессе образования сплавов компоненты вступают между собой во взаимодействия различного вида, зависящие от их природы и количественного соотношения. Необходимо, прежде всего, усвоить два противоположных вида взаимодействий: твердые растворы и химические соединения. Остальные фазы, встречающиеся в сплавах, являются промежуточными, так как имеют свойства, характерные как для твердых растворов, так и для химических соединений. Следует также усвоить, что структура - это форма существования фазовых составляющих. Одна и та же фаза может входить в состав механической смеси и существовать в виде самостоятельных формирований.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое твердый раствор? Назовите его свойства?

2. Охарактеризуйте виды твердых растворов?

3. Какими условиями определяется образование твердых растворов различного типа?

4. Назовите свойства химических соединений?

5.2.2.Понятия о диаграммах состояния двойных систем

Следует четко определять понятия: «термодинамическая система», «свободная энергия системы», «компонент», «фаза», «термодинамическое равновесие системы». Особое внимание уделите разбору правила фаз и рассчитайте число степеней свободы при кристаллизации чистого металла и двухкомпонентного сплава.

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллизация) совершается в условиях, когда система переходит в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией. Для этого перехода необходимо наличие разницы в свободных энергиях твердой и жидкой фаз, причем энергия твердой фазы должна иметь более низкое значение. Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей твердой фазы и продолжается в процессе роста их числа и размеров. Для описания кристаллизации чистого металла достаточным является построение термической кривой. При кристаллизации двухкомпонентных сплавов в равновесном состоянии используются диаграммы состояния, которые в удобной графической форме позволяют судить о их фазовом составе в любой точке диаграммы. Оценка количества фаз в двухфазной области производится в соответствии с правилом отрезков (рычага).

При изучении диаграмм состояния следует усвоить основные их типы: диаграмма с образованием механической смеси компонентов; с неограниченной растворимостью компонентов; эвтектического типа; перитектического типа; с образованием химического соединения; с полиморфным превращением. В реальных диаграммах состояния следует научиться находить основные типы превращений.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое диаграмма состояния (фазового равновесия)? Какие методы ее построения Вы знаете?

2. Перечислите основные типы диаграммы состояния?

3. В чем заключается суть эвтектического (перитектического) превращения?

4. Как определить фазовый состав сплава при заданной температуре?

5. Как определяется соотношение количества фаз в сплаве при заданной температуре?