Хімічні сполуки (проміжні фази)
Компоненти сплавів можуть вступати в хімічну взаємодію, утворюючи справжні хімічні сполуки типу АтВп або споріднені з ними за природою фази, які називаються проміжними фазами. Характеризуються справжні хімічні сполуки такими факторами:
1) співвідношення кількості атомів елементів, що утворюють хімічну сполуку, точно відповідає стехіометричній пропорції, яка відображається простою формулою;
2) хімічна сполука утворює нову кристалічну решітку з упорядкованим розташуванням в ній атомів компонентів, яка їм арі шиється від решіток елементів, її утворюючих (рис. 83 а).
Крім того, хімічна сполука завжди характеризується 11 кінченою високою температурою плавлення (дисоціації) і і ірнСжуватою зміною властивостей (наприклад, різким підвищенням іиірдості, крихкості). В загальному вигляді хімічна сполука предс тавляє собою проміжну фазу постійного складу.
С
Рис. 83. Схема кристалічної будови основної хімічної сполуки (а) і твердого розчину вилучення (б).
аі <5)
получення одних металів з іншими носять назву інтерме- талідів або інтерме- талічних сполук. Сполука металу з неметалами (нітриди, карбіди, гідриди тощо), які можуть мати металічний зв'язок, нерідко також називають металічною сполукою.Більшість хімічних сполук металічних сплавів відрізняються під типових хімічних сполук, тому що не підпадають законам валентності і не мають постійного складу.
Такі утворення називаються проміжними фазами перемінного складу. Поки що не існує повної класифікації різноманітних за природою проміжних фаз. Але помічено, що структура проміжної фази залежить від трьох факторів: відносного розміру атомів, їх валентності і від? положення в періодичній системі елементів, що визначає їх електронну структуру.
Розглянемо найбільш важливі проміжні фази, які утворюються в реальних сплавах.
Фази проникнення - утворюють метали перехідних груп з металоїдами, які мають малий радіус атома (воднем, вуглецем, азотом, бором). Такі фази утворюються, якщо відношення атомного радіуса металоїду до атомного радіуса металу рівняється або менше 0,59. Для фаз проникнення (карбідів, нітридів, боридів, гідридів) характерним є те, що вони утворюються атомами металів з простими решітками (К8, К12
або Г12), в пори яких проникають атоми неметалів. Співвідношення в сполуках задовольняє простим хімічним формулам: М4Х (Ре4ІЧ, МщІЧ), М2Х(\¥2С, Мо2С, Ре2И), МХ(ШС, УС, ТіС, №С, ТІМ, УИ). Ці фази мають специфічні кристалічні решітки, які відрізняються від решіток елементів. Спостерігається упорядковане розташування атомів в середині таких решіток і певне співвідношення атомів. Карбіди і нітриди мають високу твердість. Але вони являються фазами перемінного складу, тому що на базі цих фаз утворюються тверді розчини. Практично -в металевих сплавах фази проникнення мають надлишок атомів металів, і тоді не вистачає атомів неметалу. В такому разі на базі фаз проникнення утворюються тверді розчини вилучення, які інколи називаються твердими розчинами з дефектною решіткою (рис. 836). Розчини вилучення утворюються, наприклад, в карбідах УС, ТіС, 2гС, ІЧЬС тощо.
Електронні сполуки (фази Юм-Розері) також відносяться до проміжних фаз. Вони часто утворюються поміж металами одновалентними (Си, А§, Аи, Ьі, Иа) або перехідними (Ре, Мп, Со) з одного боку і простими металами з валентністю від 2 до 5 (Ве, Му, 2п, Сб, А1 тощо) з іншого боку. Сполуки такого типу мають певне співвідношення числа валентних електронів до числа атомів, тобто визначену електронну концентрацію (е.к.): 3/2 (1,5); 21/13 (1,62); 7/4 (1,75). Кожному співвідношенню відповідають певні типи кристалічних решіток. Так, всі сполуки з е.к.=3/2 мають ОЦК- решітку або складну кубічну, або гексагональну решітку і називаються Р- фазами. Наприклад, Си2п, СиВе, Си3А1, Си58п тощо.
Сполуки з е.к. = 21/13 мають складну решітку і називаються у - фазами. Сполуки з е.к.= 7/4 мають щільновпаковану гексагональну решітку і називаються є - фазами.
Електронні сполуки мають кристалічні решітки, які відрізняються від решіток компонентів, що їх утворюють; існує також визначене співвідношення атомів, характерне для хімічних сполук. Але в електронних сполуках немає упорядкованого розташування атомів, і на їх основі утворюються тверді розчини в широкому інтервалі концентрацій елементів, з яких вони складаються.
Електронні сполуки зустрічаються в багатьох технічно важливих сплавах систем Си-2п, Си-Зп, Си-АІ, Си-8і тощо.
Проміжними фазами називаються також фази Лавеса. Вони мають практично постійний склад АВ і утворюються поміж компо- центами А і В при співвідношенні атомних діаметрів ВАД}в—1,2 їм,н інію 1,1 - 1,6). Фази Лавеса мають щільновпаковану гексаго- нініі.ііу кристалічну решітку або гранецентровану кубічну решітку, 'їм ні Лавеса, що утворюються перехідними металами (№>Ре2, Мире.., ТіРе2, ТіСг2), бувають присутніми в структурі деяких •її промірних сплавів і сприяють їх зміцненню.
Сигма (а)-фази - утворюються шляхом сполучення перехіднії ч металів, які мають близькі розміри атомів. Вони виявлені в і єн і і'ьох подвійних системах (Сг-Мп; Сг-Ре; У-Мп; Мо-Ре; РІ-Ре; Сг- і її, У-Со; Мо-Со; \У-Со), а також в деяких потрійних системах, що мі помають ці подвійні. Зіставлення о-фаз різного складу показує, цю один з їх компонентів має об'ємноцентровану кубічну решітку, а вруній - гранецентровану кубічну решітку. Решітка самої о-фази мій шаристу тетрагональну елементарну комірку (ячейку), в якій міститься ЗО атомів. Інколи о-фази відносять до електронних сполук.
В одних системах о-фаза стійка до плавлення, в інших - вона під час нагріву дисоціює і перетворюється в твердий розчин, иіиіриклад, в системі Ре-Сг. Утворення о-фази негативно впливає на іпіастивості промислових сплавів. Так, в залізних корозостійких і п панах, які містять більше 20% Сг, дуже повільне охолодження і нсрдого розчину (або ізотермічна витримка при 600-800°С) призводять до утворення кристалів о-фази, що супроводжується іиіімапенням твердості і крихкості сплаву.
В подвійних і потрійних сплавах з перехідних металів іустрічається також ф-фаза, решітка якої схожа з решіткою о-фази. І ака фаза знайдена в системах Ре-Мо, Со-Мо, Ре-\У. Вона у і ворюється, як одна із складових о-фази під час її розпаду при високих температурах. В високолегованих сталях з молібденом
поряд із о-фазою виникає х-фаза з решіткою типу - Мпа.