Строение сплавов (основные понятия) Общие

Строение сплавов (основные понятия)

Общие положения Сплав - вещество, полученное сплавлением (псевдосплавы - спеканием, электролизом, возгонкой) двух или более фаз. Металлический сплав – сплав, приготовленный из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами. Строение сплава является механической смесью при отсутствие между простыми компонентами сплава химического взаимодействия. Составляющие сплав вещества могут образовывать химические соединения, или взаимно растворяться в друге, образуя твёрдые растворы. В расплавах возможно образование промежуточных фаз.

Механическая смесь двух компонентов А и В образуется в случае, когда они не способны к взаимному растворению в твёрдом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием нового соединения. При этих условиях сплав состоит из кристаллов А и В, отчётливо различаемых на шлифах. Рентгенограмма сплава с механической смесью компонентов регистрирует наличие двух решёток. Схема микроструктуры сплава с механической смесью двух компонентов

Химическое соединение характеризуется тем, что: 1) соотношение числа атомов элементов, образующих химическое соединение, точно 2) соответствует стехиометрической пропорции, которая может быть выражена простой 3) формулой; 4) 2) химическое соединение образует специфическую (отличную от элементов, 5) составляющих химическое соединение) кристаллическую решётку с упорядоченным 6) расположением атомов. Химические соединения характеризуются определённой температурой плавления (диссоциации), скачкообразным изменением состава (сингулярностью свойств). Стехиометрия соединения определяется упорядоченным расположением атомов (AB, AB 2, An. Bm)/

Химическое соединение Если химическое соединение образовано только металлическими элементами, то в узлах решёток располагаются положительно заряженные ионы, имеет место металлическая связь. Эта связь не является жесткой, при определённых условиях количество какого-либо элемента может быть большим или меньшим. При образовании химического соединения металла с неметаллом имеет место ионная связь. Химический состав вещества при этой связи обуславливается законом валентности – наличием свободных (валентных) Электронов и достроенностью электронных орбит у вступающих в соединения элементов. Кристаллическая решётка соединения В ионных соединениях связь жёсткая и химический состав Cu 2 Mn. Sn постоянный и точно соответствует стехиометрическому соотношению, т. е. не может быть ни избытка, ни недостатка в атомах какого-либо из элементов, образующих соединение.

Твёрдый раствор на основе одного из компонентов сплава В отличие от механической смеси твёрдый раствор является однофазным, состоит из одного вида кристаллов, имеет одну кристаллическую решётку. В отличие от химического соединения твёрдый раствор существует не при строго определённом соотношении компонентов, а в интервале концентраций. При образовании твёрдого раствора на основе одного из компонентов сплава в решётку основного металла – растворителя входят атомы растворённого вещества: 1) твёрдые растворы замещения. Растворение компонента В в металле А происходит путём частичного замещения атомами В атомов А в решётке основного металла; Схема микроструктуры 2) твёрдые растворы внедрения. Атомы растворённого твёрдого раствора вещества С располагаются между атомами А. В твёрдых растворах внедрения и замещения атомы растворённого компонента распределяются в решётке растворителя в известной мере беспорядочно, статистически в соответствии с теорией вероятности.

Твёрдый раствор на основе одного из компонентов сплава Отклонение состава твёрдого раствора в отдельных малых объёмах от среднего состава называется флуктуацией. Кристаллическая решётка а) чистого металла; б) твёрдого раствора замещения; в) твёрдого раствора внедрения. При образовании твёрдого раствора сохраняется решётка одного из элементов и этот элемент называется растворителем, хотя атомы растворённого вещества искажают и изменяют (увеличивают, уменьшают) средние размеры элементарной ячейки растворителя. При образовании твёрдых растворов внедрения периоды решётки увеличиваются, так как размеры атомов (ионов) растворённого элемента больше размеров тех междуатомных промежутков, в которых они располагаются.

Твёрдый раствор на основе одного из компонентов сплава Параметр кристаллической решётки сплава железа и хрома (твёрдые растворы замещения). Параметр твёрдых растворов замещения, образуемых при растворении различных элементов

Твёрдый раствор на основе одного из компонентов сплава Твёрдые растворы замещения могут быть ограниченные и неограниченные. Неограниченные твёрдые растворы могут образовывать металлы, строение которых соответствует определённым условиям. При неограниченной растворимости любое количество атомов А может быть замещено атомами В, может быть совершён переход от металла А к металлу В. Условия неограниченной растворимости: 1) наличие у обоих компонентов одинаковых кристаллических решёток (изоморфность компонентов); 2) малое различие в атомных радиусах; 3) неограниченная растворимость наблюдается у элементов, близко расположенных друг 4) от друга в периодической таблице Д. И. Менделеева, т. е. близких друг к другу по строению валентной оболочки атомов, по физической природе.

Твёрдый раствор на базе химического соединения При образовании твёрдого раствора на базе химического соединения сохраняется решётка химического соединения An. Bm, но избыточное количество атомов, например, атомов В, растворяется, замещая в решётке какое-то количество атомов А. Возможно растворение третьего элемента С в химическом соединении. Пределы растворимости могут Быть очень широкими в зависимости от того, насколько близка природа элементов, входящих в химическое соединение. Обозначение : борид железа Fe 4 B 2 способен растворять хром и углерод, причём хром замещает в узлах решётки железо, а углерод – бор. Отношение Fe 4 B 2/B+C=4/2 обозначается (Fe, Cr)4(B, C)2/ Образование твёрдых растворов на базе химических соединений может сопровождаться появлением «пустот» . Твёрдые растворы на базе химических соединений, образование которых сопровождается появлением «пустых мест» в узлах решётки называются растворами вычитания.

Твёрдый раствор на базе химического соединения Химические соединения, существующие лишь как твёрдые растворы и не существующие при точном стехиометрическом соотношении бертоллидами, в отличие от дальтонидов, существующих при стехиометрическом соотношении компонентов.

Упорядоченные твёрдые растворы