2.2.2. Промежуточные фазы системы металл-металл

При сплавлении металлов могут образовываться промежуточные фазы с металлическим типом связи. К ним относятся электронные фазы, фазы Лавеса, σ – фазы.

Электронные фазы. Для максимального содержания металла более высокой валентности характерно совершенно определенное значение электронной концентрации (отношение числа валентных ē к числу атомов): 3/2, 21/13, 7/4. Фазы с указанными значениями электронной концентрации обозначают β, γ и ε, соответственно.

Указанным электронным концентрациям можно приписать соответствующие формулы. Например, в сплавах Cu с Zn, в которых могут образовываться все фазы в указанными концентрациями, такими формулами будут соответственно СuZn, Cu₅Zn₈, CuZn₃.

В большинстве сплавов β-фазы имеют ОЦК-решетку, γ-фаза – сложную кубическую решетку с 52 атомами в элементарной ячейке и ε-фаза – ГП-решетку.

Свойства электронных фаз, в частности, механические свойства, зависят от упорядоченности атомов компонентов в кристаллической решетке электронного соединения. Так, β-фазы с ОЦК-решеткой почти во всех системах при высоких температурах неупорядочены, и в этом состоянии их свойства близки к свойствам твердых растворов (низкая твердость и хорошая пластичность). При низких температурах неупорядоченные β-фазы неустойчивы: они либо распадаются на двухфазные смеси, либо упорядочиваются, как, например, в системе Cu-Zn. Упорядоченные β-фазы значительно более тверды и хрупки. Почти всегда упорядочены и хрупки γ-фазы, ε-фазы почти всегда неупорядочены.

Электронные соединения присутствуют в структуре многих сплавов на медной основе: латунях(Cu ‑ Zn), бронзах (Cu – Al, Cu – Sn и др.), они являются упрочняющими фазами.

Фазы Лавеса. Эти промежуточные фазы практически постоянного состава АВ₂. образуются при взаимодействии металлов разных групп ПСЭ. При этом, атомный радиус элемента В должен быть меньше атомного радиуса элемента А на 20-30%.

Фазы Лавеса имеют упорядоченные сложные кубические или гексагональные решетки. В магнитном поле ведут себя как диамагнетики. Присутствуют в структуре некоторых жаропрочных сплавов и способствуют их упрочнению (NbFe₂, MoFe₂,TiFe₂,TiCr₂).

Сигма-фазы образуются при сплавлении металлов, имеющих близкие размеры атомов. Имеют частично упорядоченную сложную решетку. В железных сплавах, содержащих более 20% Cr (коррозионно-стойкие конструкционные материалы), медленное охлаждение из области твердого раствора или изотермическая выдержка при 800-600ºС приводит к образованию кристаллов σ-фазы, которое сопровождается увеличением твердости и хрупкости сплавов.

контрольные Вопросы

1. Как называются кристаллы, в которых сохраняется тип кристаллической решетки элемента-растворителя?

1. Как называется новый тип кристаллической решетки, образующийся между элементом-растворителем и растворяемым элементом?

2. Что такое твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения?

3. Для каких твердых растворов характерна неограниченная растворимость при соблюдении размерного фактора?

4. Какая фаза образуется при сплавлении переходных металлов с неметаллами, имеющих малый атомный радиус – H,N,C,B?

5. Почему в ОЦК-решетке растворимость путем внедрения мала, а в ГЦК-решетке выше?

6. Какая фаза упрочняет материал сильнее - ПФ или твердый раствор?