3. ФАЗЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ
Сплавы получаются путем сплавления, спекания или одновременного осаждения из газовой фазы отдельных компонентов. Компоненты могут вступать во взаимодействие друг с другом, образуя фазы системы.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СПЛАВЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
отсутствие |
взаимодей- |
|
|
|
|
взаимодействие компонентов – фаза – новая |
|
|||||||||||||||||||||||
ствия компонентов, фа- |
|
|
|
|
однородная часть системы, имеющая свой |
|
||||||||||||||||||||||||
зы такой системы чис- |
|
|
|
|
тип кристаллической решетки, состав, |
|
||||||||||||||||||||||||
тые компоненты, на- |
|
|
|
|
свойства и отдельная от других частей сис- |
|
||||||||||||||||||||||||
пример Fe-Pb. |
|
|
|
|
|
|
|
темы поверхностью раздела. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФАЗЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
промежуточные фазы |
||||||||
|
жидкие растворы |
|
|
|
|
твердые растворы |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
(химические соединения) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тенденция к |
правильному |
|
|
один из |
компонентов |
|
Тип |
кристалли- |
||||||||||||||||||||||
расположению атомов |
на |
|
|
сохраняет |
свою |
|
кри- |
|
ческой |
решетки, |
||||||||||||||||||||
определенном |
расстоя- |
|
|
сталлическую решетку, |
|
отличный от |
ре- |
|||||||||||||||||||||||
нии, характерном |
для |
|
|
а атомы других распола- |
|
шетки компонен- |
||||||||||||||||||||||||
данной Т0 – ближний по- |
|
|
гаются в решетке перво- |
|
тов, |
в соединении |
||||||||||||||||||||||||
рядок. |
|
|
|
|
|
|
|
|
го, изменяя ее размеры. |
|
всегда |
сохраня- |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ется |
|
|
простое |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кратное |
|
соотно- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шение компонен- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тов АmBn, Т0 пла- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вления |
постоян- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на, |
свойства |
хи- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мического |
со- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
единения |
|
резко |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отличаются |
от |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
свойств |
|
компо- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нентов. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
атомы компонентовВ и С в решетке компонен-
та А (растворитель)
16
ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ обозначение – α , γ , δ , ε и т.д.
микроструктура не отличается отмикроструктуры чистого компонента.
ЗАМЕЩЕНИЯ |
– атомы |
рас- |
ВНЕДРЕНИЯ – атомы растворенно- |
творенного компонента |
заме- |
го компонента располагаются в ме- |
|
няют атомы в |
узлах решетки |
жузлиях (пустотах) кристаллической |
|
растворителя. |
|
|
решетки растворителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А– атом растворителя; |
|
|
|
||
В – атом растворенного ком- |
|
|
|
||
понента. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твердые растворы замещения |
Твердые растворы внедрения всегда |
||||
– ограниченные и неограни- |
|||||
ченные. |
|
|
ограниченные. Образуются при ус- |
||
Неограниченные |
твердые рас- |
ловии: |
|
||
творы образуются при усло- |
|
Rрастворенного(В) |
|
||
вии: |
|
|
|
< 0,59; |
|
1) одинаковый (изоморфный) |
|
|
|||
|
Rрастворителя( А) |
||||
тип решетки компонентов; |
|
|
|||
2) различие атомных радиусов |
Чаще всего твердые растворы этого |
||||
≤ 8 – 15 %; |
|
|
|||
3) близкое расположение в пе- |
типа образуют переходные металлы |
||||
риодической системе. |
Fe, Mn, Co, Ti, Mo, W, V, Zr и др. с |
||||
Неограниченно |
растворяются |
металлоидами – С, N, O, H. |
|||
Сu-Ni, Ag-Au, V-Ti и т.д. |
|
|
|
||
В некоторых сплавах возможно упорядочение твердого раствора
– атомы компонентов занимают определенное положение в решетке.
17
Промежуточные фазы (химические соединения) – состав может быть выражен формулой АmBn, где m и n – простые числа. Промежуточные фазы, образованные между металлами, носят название
интерметаллиды.
образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном, кристаллическом строении, а также большее отличие в размерах атомов.
НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ФАЗ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фазы внедрения – образуют пере- |
|
|
фазы Лавеса - имеют формулу |
|||||
ходные металлы и неметаллы с ма- |
|
|
АВ2 и образуются между ком- |
|||||
лым атомным радиусом – С, N, B, H |
|
|
понентами А и В при соотно- |
|||||
– карбиды, нитриды, бориды. Фор- |
|
|
шении атомных диаметров |
|||||
мула: М4Х (Fe4N, Mn4N), M2X (W2C, |
|
|
Da/Dв ~ 1,1 – 1,6. Решетка ГПУ. |
|||||
Fe2N и др.). Простая кубическая или |
|
|
MnZn2, MgNi2 или ГЦК – TiBe2, |
|||||
гексагональная решетка |
(отличная |
|
|
TiCr2, FeW2, FeMo2 и т.д. |
||||
от решетки компонентов). На базе |
|
|
|
|
|
|||
решеток фаз внедрения |
образуются |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
твердые растворы вычитания. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
электронные соединения – имеют определенное соотношение числа валентных электронов к числу атомов в кристаллической ячейке (определенную электронную концентрацию). Образуются между одновалентными (Cu, Ag, Au, Li, Na) или переходными металлами (Fe, Mn, Co и др.) и простыми металлами с ва-
лентностью 2-5 (Be, Mg, Zn, Al и др.)
электронная концентра- |
|
электронная |
концен- |
|
электронная кон- |
|
ция 3/2 (1,48) – решетка |
|
трация 21/13 (1,62) – |
|
центрация 7/4 (1,75) |
||
ОЦК, сложная кубиче- |
|
сложная решетка, обо- |
|
ГПУ решетка, обо- |
||
ская, |
гексагональная, |
|
значение γ . |
|
|
значение ε . |
обозначение β . |
|
Cu5Zn8, Fe5Zn21, Cu5Sn8 |
|
CuZn3, Cu3Si, Cu3Sn |
||
CuBe, CuZn, Cu3Al и др. |
|
и др. |
|
|
и др. |
|
|
|
18 |
|
|
|
|
ВОПРОСЫ ИЗАДАЧИПО ТЕМЕ
1. Что называется фазой? Какие фазы могут образоваться в металлических системах?
2.Что такое твердый раствор, какие типы твердых растворов вы знаете?
3.Что представляетиз себя микроструктура твердого раствора?
4.Условия образования неограниченных твердых растворов. Возможна ли неограниченная растворимость углерода и азота в железе?
5.Приведите примеры химических соединений металла с металлом. Как они называются?
6.Приведите примеры химических соединений металла и неметалла, их названия.
7.Что такое электронное соединение?
8.Какие компоненты образуютфазы внедрения?
Задача № 1
Неограниченно растворяются друг в друге Cu и Ni. Объясните, приведите причины, которые определяютподобное взаимодействие компонентов.
Задача № 2 Почему никель неограниченно растворяется в железе модификации γ и
ограниченно в железе модификации α ?
Задача № 3 Какие соединения могут образовать между собой медь и цинк, медь и
алюминий, железо и азот, железо и водород?
19