Фазы в металлических сплавах.
Сплавы в зависимости от взаимодействия компонентов подразделяются на:
смеси зерен с ограниченной растворимостью, т.е. механические смеси;
растворы с неограниченной растворимостью компонентов, т.е. твердые растворы;
химические соединения компонентов.
Твердый раствор – фаза, к которой один из компонентов сплава (растворитель) сохраняет свою кристаллическую решетку, а другой (другие) компонент располагается в решетке растворителя, изменяя ее размеры. Различают следующие виды твердых растворов – твердый раствор замещения и твердый раствор внедрения.
Рисунок 1. Расположение атомов в твердых растворах: а – замещения, б – внедрения (○ – атом компонента растворителя, ● – атом растворенного компонента).
При образовании твердого раствора замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке (Рис.1 а).
При образовании твердого раствора внедрения атомы растворенного компонента размещаются между атомами растворителя (Рис.1 б).
При образовании твердого раствора кристаллическая решетка всегда искажается, и периоды ее изменяются. При образовании твердого раствора замещения период решетки может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя и растворенного компонента (Рис.2).
Рисунок 2. Искажение кристаллической решетки при образовании твердого раствора замещения.
Твердый раствор состоит из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу. Твердые растворы мягки и пластичны. Благодаря высокой пластичности они хорошо поддаются ковке и другим видам обработки давлением. Литейные свойства и обрабатываемость резанием у твердых растворов низкие.
Примерами твердых растворов внедрения, имеющих промышленное значение, являются твердые растворы внедрения углерода в железо.
Механическая смесь (рис. 3) образуется тогда, когда при кристаллизации компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.
Рисунок 3. Схема микроструктуры механической смеси.
Свойства механической смеси определяются количественным соотношением входящих в неё кристаллов компонентов. Сплавы механические смеси имеют хорошие литейные свойства.
Сплавы химические соединения образуются между элементами значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между однородными атомами больше чем между разнородными.
Особенности сплавов химические соединения:
постоянство состава, т.е. сплав образуется при определенном соотношении компонентов;
образуется специфическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов, отличающаяся от решеток элементов, составляющих химическое соединение (Рис. 4);
ярко выражены индивидуальные свойства;
Рисунок 4. Кристаллическая решетка химического соединения.
Химическим соединениям, находящимся в сплавах, свойственны повышенная твердость, хрупкость и постоянная температура плавления.
Кроме растворов и химических соединений возможно образование таких фаз, которые не могут быть полностью отнесены к перечисленным и являются промежуточными фазами.