3. Характеристика металлических сплавов.

При образовании сплава атомы компонентов вступают в определенные взаимодействия друг с другом. В жидком состояли большин­ство металлических сплавов представляют собой однородные жидкости, т.е. ЖИДКИЕ растворы. После затвердевания в результате кристаллизации в сплавах могут образовываться в качестве структурных составлявших твердые растворы, химические со­единения, физико-химические смеси.

ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ - однородные сплавы, состо­ящие из одной фазы переменного состава. Структура твердого раст­вора, видимая под микроскопом, состоит, как и у чистых металлов, из однородных зерен. При образовании твердых растворов сохраняет­ся кристаллическая решетка одного из компонентов (растворителя), а атомы растворенного компонента (или нескольких) могут либо за­метать часть атомов растворителя в узлах кристаллической решетки, либо размещаться между атомами растворителя. В зависимости от характера распределения атомов растворенного компонента в крис­таллической решетке растворителя различают три типа твердых раст­воров: твердые растворы замещения, твердые растворы внедрения и твердые растворы вычитания (для системы железо- углерод харак­терными являются твердые растворы внедрения).

ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ ВНЕДРЕНИЯ образуются при условии, если диаметр внедряемого атома (например, углерода, азота или кислорода) намного меньше диаметра атома растворителя (например, железа). Твердые растворы внедрения могут быть только ограниченными.

Химические соединения чаше всего образуются между элементами, расположенными далеко друг от друга в периодической таблице, т.е. сильно различающимися по своему строению и свойствам. Соотношение чисел атомов элементов в хими­ческом соединении имеет строго определенное значение (стехиометрическое соотношение элементов), выражаемое формулой (например,Fe₃C). Атомы в химическом соединении имеют свою кристаллическую решетку, отличную от решеток элементов, образовавших это соединение, с правильным упорядоченным расположением атомов компонентов в кристаллической решетке. Свойства соединений не похожи на свойства исходных элементов; как и чистые металлы, они имеют постоянную температуру плавления (диссоциации). Химические соединения, как правило, обладают высокой твердостью и хрупкостью.

ФИЗИКО – ХИМИЧЕСКИЕ СМЕСИ – это сплавы, состоящие из компонентов, которые не способны к взаимному растворению в твердом состоянии или растворяются ограниченно. В физико-химических смесях фазы не меняют своих кристаллических решеток. Свойства этих смесей в равновесном состоянии, как правило, имеют промежуточные значения между свойствами исходных компонентов или же их твердых растворов или химических соединений и зависят от их количественного соотношения. По сравнению с металлами эти сплавы имеют значительно более низкую пластичность.

Следует различать фазовый и структурный составы сплавов и, соответственно, диаграммы фазовые и структурные. Первые дают возможность судить о состоянии сплава при любой температуре, т.е. о природе, числе и концентрации (составе) фаз. Вторые – дополнительно отображают форму, величину и расположение фаз, т.е. строение сплава или его структуру. При этом структурными составляющими называют отдельные, структурно обособленные части сплава, имеющие характерное и однообразное строение.

Вышеуказанные диаграммы, в свою очередь, подразделяются на стабильные и метастабильные. Стабильные диаграмм отображают устойчивое равновесное состояние фаз в сплавах. Метастабильные – содержат фазы, которые при определенных внешних воздействиях могут претерпевать изменения, однако в реальных условиях охлаждения сплавов существуют весьма устойчиво.

Для сплавов железо-углерод, в зависимости от равновесного состояния, различают метастабильную диаграмму железо – цементит () и стабильную железо-графит (). На то, что система железо-графит является более стабильной, чем система железо-цементит, указывает тот факт, что при нагреве до высоких температур цементит распадается на железо и графит, т.е. переходит в более стабильное состояние.