§ 2. Фази в металевих сплавах.

Залежно від фізико-хімічної взаємодії компонентів у сплавах можуть утворюватися наступні фази: рідкі розчини, тверді розчини, хімічні сполуки.

У рідкому стані більшість металів необмежено розчиняються друг у другу, образуя однофазний рідкий розчин. Не розчиняються взаємно в рідкому стані метали з великою різницею в об'ємах атомів і температурах плавлення: напр. залізо зі свинцем, мідь зі свинцем, які утворять два несмешивающихся рідких шари.

При кристалізації можуть утворюватися тверді розчини.

Твердими розчинами наз. фази, у яких зберігається решітка одного компонента – розчинника, а атоми іншого розташовуються в ній, змінюючи її розміри.

Таким чином, твердий розчин, що складається із двох або більше компонентів, має один тип решітки і являє собою одну фазу.

Тверді розчини є кристалічними фазами змінної сполуки. Атоми розчиненого елемента В розміщаються в кристалічній решітці розчинника – елемента А, або заміщаючи атоми у вузлах решітки, або впроваджуючись у междоузлие. У першому випадку кристали наз. твердими розчинами заміщення, у другому - твердими розчинами впровадження.

Кількість заміщених атомів, також як і кількість впроваджених, може змінюватися в широких межах, що приводить до змінної розчинності твердих розчинів.

Розчинність може бути необмеженої для твердих розчинів заміщення й обмеженої – для тих і інших. Тверді розчини позначаються буквами ,,і т.д. або А(В) – де А – розчинник, В – розчинений елемент.

Тверді розчини заміщення.

При утворенні твердого розчину заміщення, атоми розчиненого компонента заміщають частина атомів розчинника в його кристалічній решітці.

Навколо атома розчиненого компонента метушень-кают місцеві перекручування кристалічної решітки, що приводить до зміни властивостей.

Утворення твердих розчинів завжди сопровож-дается збільшенням твердості й міцності, уме-ньшением пластичності, збільшенням электросопро-тивления в порівнянні із чистими металами.

При утворенні твердих розчинів заміщення можлива й необмежена розчинність елементів у твердому стані.

Для цього повинні дотримуватися наступні умови:

1. компоненти повинні мати однаковими по типі кристалічними решітками;

2. розходженняв атомних розмірах компонентів не повинне перевищувати 8 - 15%:

3. компоненти повинні належати однієї й тій же групі періодичної системи або до суміжних родинних груп.

Необмежена розчинність у твердому стані спостерігається в сплавах міді з нікелем, міді із золотом, Fec хромом, Feз нікелем

Багато твердих розчинів заміщення при відносно невисоких температурах здатні перебувати в упорядкованому стані, тобто коли атоми одного й іншого металу розміщаються в зовсім певному порядку. Такі тверді розчини наз. упорядкованими або сверхструктурой.

Перехід в упорядкований стан відбувається при певній температурі або в інтервалі температур.

При впорядкуванні зростає электропро-водность, твердість, міцність, знижується плас-тичность сплаву, змінюються магнітні властивості.

Упорядковані тверді розчини можна розглядати, як проміжні фази між твердими розчинами й хімічними сполуками.

Тверді розчини впровадження.

При утворенні твердого розчину впровадження атоми розчиненого компонента розташовуються в междоузлиях (порах) кристалічної решітки розчинника. Такі тверді розчини утворять метали з неметалами.

Основною умовою, що визначає можливість розчинення шляхом впровадження, є розмірний фактор. Розмір межузельного атома повинен бути рівним або трохи більше розміру пори (междоузлия).

Тверді розчини впровадження завжди мають обмежену розчинність і зустрічаються переважно тоді, коли розчинник має решітки ГПУ або ГЦК.

Прикладом твердих розчинів впровадження, що мають промислове значення, є тверді розчини вуглецю в Fe. Перекручуваннярешітки, що з'являється при утворенні твердих розчинів впровадження, перевищують ті, які виникають при утворенні твердих розчинів заміщення, у зв'язку із чим більш різко змінюються й властивості. У міру збільшення концентрації розчиненого елемента у твердому розчині помітно зростає электросопротивление, коерцитивна сила, твердість і міцність, але помітно знижуються пластичність і в'язкість.

Таким чином, тверді розчини - це кристали, найбільш близькі по властивостях до розчинника, тому що зберігають його кристалічну решітку й тип зв'язку. Тверді розчини на основі металів відрізняються гарною технологічною пластичністю: добре деформуються в гарячому стані, а багато хто й у холодному. Вони становлять основу більшості промислових конструкційних сплавів і сплавів спеціального призначення.

Хімічні сполуки.

При переході у твердий стан різнорідні атоми можуть з'єднуватися в певній пропорції, образуя нові речовини – хімічні сполуки.

Характерні рисихімічних сполук наступні:

1. Кристалічна решітка відрізняється від решіток компонентів, що утворять сполуку. Атоми в решітці хімічної сполуки розташовані упорядоченно, тобто атоми кожного компонента розташовані закономірно й по певних вузлах решітки. Більшість хім. сполук мають складну кристалічну решітку.

2. У сполуці завжди зберігається просте кратне співвідношення компонентів. Це дозволяє виразити їхню сполуку простою формулою AnBm, де А и В - компоненти сплаву, а n і m - прості числа.

3. Властивості хім. сполук різко відрізняються від властивостей утворюючих його компонентів.

4. Температура плавлення постійна.

5. Утворення хім. сполуки супроводжується значним тепловим ефектом.

На відміну від твердих розчинів хім. сполука звичайно утвориться між компонентами, що мають велике розходження в електронній будові атомів і кристалічних решіток.

Сполуки одних металів з іншими звуться интерметаллических сполук або интерметаллидов.

Сполуки металів з неметалами, які можуть мати металевий зв'язок , нерідко також наз. металевими сполуками.

Металеві властивості в хім. сполук виражені слабкіше, ніж у чистих металів і твердих розчинів. Хим. сполуки мають підвищену твердість і знижену пластичність.

Характерна відмінність хім. сполуки металів від твердого розчину полягає в тім, що твердий розчин має кристалічну решітку металу розчинника, а хім. сполука – свою особливу кристалічну решітку.