Структурные составляющие сплавов

Чистые металлы используются достаточно редко, гораздо чаще – сплавы металлов и неметаллов. Сплавы состоят из двух и более компонентов; их получают в жидком состоянии или (реже) спеканием, электролизом и др. Однородная часть сплава с границами, обладающая специфическими составом, строением и свойствами, называется фазой.

Строение металлического сплава зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевании возможно различное взаимодействие компонентов.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы:

1. механические смеси;

2. химические соединения;

3. твердые растворы.

Сплавы механические смеси  двух компонентов А и В образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. При этих условиях сплав будет состоять из кристаллов А и В, отчётливо выявляемых на микроструктуре (рис. 1.13). Механические свойства зависят от количественного соотношения компонентов, размера и формы зёрен.

 

Рис. 1.13. Схема микроструктуры механической смеси

 

Сплавы химические соединения образуются между элементами значительно различающимися по строению и свойствам, образуют новую, особую кристаллическую решётку (рис. 1.14).

Особенности химических сплавов:

1. Атомы в решётке располагаются упорядоченно.

2. Большинство химических соединений имеют сложную кристаллическую структуру (рис. 1.14).

3. В соединении сохраняется простое кратное соотношение компонентов, что позволяет выразить

 

Рис. 1.14. Кристаллическая решетка химического соединения

 

их состав простой формулой А_n В_m, где А и В – соответствующие элементы; n и m – простые числа.

4. Ярко выраженные индивидуальные свойства соединения, резко отличающиеся от свойств образующих его компонентов.

5. Температура плавления (диссоциации) постоянна.

6. Образование химического соединения сопровождается значительным выделением тепла.

Сплавы твердые растворы – это твердые фазы, в которых атомы растворимого вещества замещают атомы растворителя в кристаллической решётке или внедряются в неё. Т.е. характерной особенностью твердых растворов является: наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов при сохранении типа решетки растворителя.

В жидком состоянии большинство металлических сплавов представляют собой однородные жидкости – жидкие растворы. Если при переходе в твёрдое состояние однородность и растворимость сохраняются, то такие сплавы называются твёрдыми растворами (рис. 1.15).

 

 

Рис. 1.15. Схема микроструктуры твердого раствора

По характеру распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы:

· замещения - в кристаллической решетке растворителя часть его атомов замещена атомами растворенного элемента (рис. 1.16, б);

· внедрения (рис. 1.16, а);

 

 

Рис. 1.16. Схемы твёрдых растворов:

а – внедрения; б – замещения; в - упорядоченный

 

Механические смеси фаз – эвтектики – могут рассматриваться как отдельные структурные составляющие. Чистые металлы и твёрдые растворы обладают повышенной пластичностью, они обрабатываются давлением. Химические соединения исключительно хрупки, поэтому используют их высокую твёрдость сложно. Смеси фаз занимают по пластичности промежуточное положение, их используют в отливках, так как у них повышенная жидкотекучесть – способность заполнять форму без искажений.

Контрольные вопросы

 

1. Как различают сплавы в зависимостиот характера взаимодействия компонентов?

2. Дайте определение механической смеси.

3. Дайте определение химического соединения.

4. Назовите особенности химических сплавов.

5. Дайте определение сплава твердого раствора.

6. Дайте определение сплава твердого раствора замещения.

7. Дайте определение сплава твердого раствора внедрения.

8. Дайте определение сплава твердого раствора вычитания.

9. Назовите условия для образования смеси фаз.