4. Кристаллическое строение сплавов

Под сплавом подразумевается вещество, полученное сплавлением двух элементов и более. Элементами сплава могут быть металлы и не металлы. Эти элементы называются компонентами сплава. В сплаве кроме основных компонентов могут содержаться и примеси. Примеси бывают полезными, улучшающие свойства сплава, и вредные, ухудшающие его свойства. Примеси могут быть случайными, попавшими в сплав при его приготовлении, и специальными, введенными для придания сплаву требуемых свойств. Кристаллическое строение сплава более сложное, чем чистого металла, и зависит от взаимодействия его компонентов, которые при кристаллизации образуют фазы – однородные объемы, разграниченные поверхностями раздела. Компоненты в твердом сплаве могут образовывать твердый раствор, химическое соединение и механическую смесь.

Твердый раствор – компоненты сплава взаимно растворяются один в другом.

Химическое соединение – компоненты сплава вступают в химическое взаимодействие, при этом образуется новая кристаллическая решетка, отличная от решеток составляющих элементов.

Механическая смесь – компоненты сплава обладают полной взаимной нерастворимостью и имеют различные кристаллические решетки.

Кристаллические решетки могут иметь различные структурные несовершенства, существенно изменяющие свойства материала. Реальный единичный кристалл всегда имеет свободную (наружную) поверхность, на которой уже вследствие поверхностного натяжения решетка искажена. Это искажение может распространяться и на прилегающую к поверхности зону.

Дефекты внутреннего строения подразделяют на: точечные, линейные и плоскостные.

К точечным дефектам относятся вакансии (когда отдельные узлы кристаллической решетки не заняты атомами); дислоцированные атомы (если отдельные атомы оказываются в междоузлиях) или примесные атомы, количество которых даже в чистых металлах весьма велико. Около таких дефектов решетка будет упруго искаженной на расстоянии одного-двух периодов (рис. 2, а).

Рис. 2. Дефекты кристаллической решетки: а – точечные; б – линейные; в – плоскостные

Линейные дефекты малы в двух измерениях и достаточно велики в третьем. К таким дефектам относятся смещение атомных плоскостей или дислокации и цепочки вакансий (рис. 2,б). Важнейшим свойством таких дефектов являются их подвижность внутри кристалла и активное взаимодействие между собой и с другими дефектами.

Плоскостные (двухмерные) дефекты характерны для поликристаллических материалов, т.е. для материалов, состоящих из большого количества кристаллов, различно ориентированных в пространстве. Границы между ними обычно представляют собой скопление дислокаций (рис. 2,в).

Изменение кристаллической решетки материала возможно под воздействием внешних факторов, а именно температуры и давления. Некоторые металлы в твердом состоянии в различных температурных интервалах приобретают разные кристаллические решетки, что всегда приводит к изменению их физико-химических свойств.

Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма. Температура, при которой происходит изменение кристаллической решетки – называется температурой полиморфного превращения. На этом явлении основаны все процессы термической обработки. Полиморфные модификации обозначают греческими буквами (, ,  и другими, которые в виде индекса добавляют к символу элемента).