Лекция 10 Строение сплавов 1 Механическая смесь 2

Лекция 10 Строение сплавов 1. Механическая смесь 2. Химическое соединение 3. Твердый раствор на основе одного из компонентов сплава - Твердые растворы замещения Твердые растворы внедрения Lk 10_OM i TM 1

Cплав - вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Компоненты - элементы или химические соединения, образующие сплав: металлы и неметаллы; в зависимости от числа компонентов сплавы могут быть двойные, тройные и т. д. Фаза – однородная часть сплава, характеризующаяся определенным составом, свойствами, типом кр. решетки и отделенная от других частей сплава поверхностью раздела. Структура - форма, размеры и характер взаимного расположения фаз в сплаве. В сплавах возможны следующие фазы: 1) жидких растворов; 2) твердых чистых металлов; 3) твердых растворов; 4) химических соединений. Lk 10_OM i TM 2

В Ж. состоянии компоненты сплава обычно неограниченно растворяются друг в друге, образуя жидкие растворы. В тв. состоянии компоненты могут образовывать: 1) механические смеси - смесь двух или нескольких фаз; 2) химические соединения - компоненты вступают в химические взаимодействия; 3) тв. растворы - один компонент растворяется в другом. Lk 10_OM i TM 3

1. Механическая смесь Мех. смесь двух компонентов А и В образуется когда они не способны к взаимному растворению в тв. состоянии и не вступают в хим. реакцию с образованием соединения. Сплав будет состоять из кристаллов А и В, отчетливо выявляемых на микроструктуре Рентгенограмма сплава покажет наличие двух решеток компонентов А и В. Отдельно свойства кристаллов А и В ~ свойствам чистых металлов А и В. Мех. свойства зависят от количественного соотношения компонентов, от размера и формы зерен, значения их - промежуточные между характеристиками свойств чистых компонентов. Рис. 1 Например, Pb - Sb, Al — Сu. Lk 10_OM i TM 4

2. Химическое соединение Если элементы взаимодействуют друг с другом, то образуются химические соединения. По структуре они представляют собой однородные твердые тела. Свойства хим. соединений отличаются от свойств образующих их элементов. При образовании химического соединения: а) соотношение чисел атомов элементов соответствует стехиометрической пропорции (An. Вm); б) образуется специфическая кр. решетка с упорядоченным расположением в ней атомов компонентов. Рентгеноструктурный анализ показывает различие кристаллических решеток химического соединения и исходных элементов. Lk 10_OM i TM 5

Стехиометрия соединения определяется упорядоченным расположением атомов. Если атом А окружен таким же числом атомов В, как число атомов А, окружающих атом В, то стехиометрическое соотношение выражается как АВ (пример соединения Na. Cl). Различают химические соединения двух типов: Ме — не. Ме и Ме — Ме. Металлическая связь - если химическое соединение образуется только металлическими элементами, то в узлах решеток располагаются положительно заряженные ионы, удерживаемые электронным газом. Lk 10_OM i TM Рис. 2 –Кристаллическая решетка Na. Cl 6 Cu 2 Mn. Sn

Ионная связь - при образовании химического соединения Ме с не. Ме Атом Ме отдает электроны (валентные) и становится (+) ионом, а атом металлоида принимает электроны на свою внешнюю оболочку и становится (-) ионом. В решетке хим. соединения элементы удерживаются электростатическим притяжением. Связь жесткая и хим. состав const и точно соответствует стехиометрическому соотношению и оно не обладает металлическими свойствами. Lk 10_OM i TM 7

3. Твердый раствор на основе одного из компонентов сплава При переходе многих Ж. сплавов в тв. состояние однородность и растворимость сохраняется. Твердая фаза, образующаяся в результате кристаллизации такого сплава, называется твердым раствором. Химический или спектральный анализ - наличие двух или более элементов; по данным металлографического анализа - имеет однородные зерна; рентгеновский анализ - один тип решетки. Тв. раствор - однофазный, один вид кристаллов, одна кр. решетка; существует в интервале концентраций. Строение - в решетку основного Ме растворителя входят атомы растворенного вещества. Здесь возможны два различных случая: Lk 10_OM i TM 8

1. Твердые растворы замещения. Растворение компонента В в металле А происходит путем частичного замещения атомов А атомами В в решетке основного металла. 2. Твердые растворы внедрения. Атомы растворенного вещества С располагаются между атомами А. При образовании тв. раствора сохраняется решетка одного из элементов, и этот элемент называется растворителем. Атомы растворенного вещества искажают и изменяют средние размеры элементарной ячейки растворителя. Рис. Lk 10_OM i TM 9

Изменение параметров решетки - весьма важный параметр, определяющий изменение свойств. Независимо от вида Ме относительное упрочнение при образовании тв. раствора пропорционально относительному изменению параметров решетки, причем ↓ параметра решетки ведет к ↑ упрочнению, чем ее расширение. лег/эл, %атомн. Рис. Lk 10_OM i TM 10

При неограниченной растворимости любое количество атомов А может быть заменено атомами В до тех пор, пока все атомы А не будут заменены В, плавно совершится переход от Ме А к Ме В: если оба А и В имеют одинаковую кр. структуру. А(В) - где А - растворитель (металл, решетка которого сохранилась в твердом растворе), а В — растворимый элемент. Lk 10_OM i TM 11

условия образования неорганического ряда твердых растворов: 1) наличие у обоих компонентов одинаковых кр. решеток (если кр. решетки и неодинаковы, но близки, похожи то возможен плавный переход от одной решетки к другой с образованием и в этом случае неограниченного тв. раствора); 2) достаточно малое различие атомных размеров компонентов; 3) элементы, близко расположенных друг от друга в периодической таблице Д. И. Менделеева Lk 10_OM i TM 12

Ограниченная растворимость друг в друге если два Ме не отвечают перечисленным условиям. Растворимость тем меньше, чем больше различие в размерах атомов и в свойствах компонентов. Ограниченная растворимость уменьшается с понижением температуры. Для ограниченных твердых растворов раствора решетка А. А(В) - раствор В в А, у условиях образования твердых растворов внедрения: атомы С должны внедряться в решетку А → что атом С должен быть невелик, а внутри решетки Ме А должно быть достаточно место для атома С. Ме образуют тв. растворы внедрения с элементами I и II периодов, т. е. элементами, имеющими малые атомные размеры (Н, N, С, О, В). Lk 10_OM i TM 13