Вопрос. Типы кристаллических сплавов

Диаграмма I рода. Диаграмма II рода

(читать) Чистые металлы обычно имеют низкую прочность и невысокие технологические свойства. В машиностроении обычно применяются сплавы. Сплавами называют сложные вещества, полученные сплавлением нескольких элементов. Элементы, образующие сплав, называются компонентами.

Компонентами металлических сплавов могут быть не только металлы, но и неметаллы. В зависимости от числа компонентов сплавы могут быть двойные, тройные и т.д.

В жидком состоянии компоненты сплава обычно неограниченно растворяются друг в друге, образуя жидкие растворы.

В твердом состоянии компоненты могут образовывать три типа сплава (типа взаимодействия между собой):

1. Механические смеси.

2. Химические соединения.

3. Твердые растворы.

При рассмотрении типов взаимодействия компонентов в сплаве обозначим один компонент как А и второй компонент как В.

 

Вопрос. Типы кристаллических сплавов

Сплав – вещество, содержащее в своем составе два или более компонентов, по крайней мере один из которых – металл.

Компонент – химическое вещество, входящее в состав сплава.

В дальнейшем будем рассматривать двойные сплавы.

Различные типы кристаллических сплавов

 

1. Твердые растворы – кристаллы, у которых один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку, а второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет. Первый компонент называют растворителем, а второй – растворенным компонентом.

Выделяют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.

В твердых растворах внедрения – атомы растворенного вещества находятся в межатомных промежутках растворителя.

рисунок зарисовать

 

Особенности:

– растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

– ограниченная растворимость;

В твердых растворах замещения – атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки.

 

рисунок зарисовать

Особенности

– растворенное вещество такого же типа, как и растворитель (атомы близки по размеру);

– часто имеют неограниченную растворимость;

 

В зависимости от концентрации компонентов в сплаве различают ограниченные и неограниченные твердые растворы.

Неограниченные твердые растворы образуются во всем интервале концентрации компонентов в сплаве.

Ограниченные твердые растворы образуются только в определенном интервале концентрации компонентов.

Твердые растворы в структуре имеют одинаковые однородные зерна, т.е. имеют одну фазу – фазу твердого раствора. Кристаллизация твердых растворов происходит в интервале температур.

Сплавы, представляющие твердые растворы, отличаются хорошей пластичностью и технологичностью. Такие сплавы хорошо обрабатываются.

 

2 Механические смеси -элементы, входящие в состав сплава, при кристаллизации из жидкого состояния не растворяются друг в друге и не взаимодействуют, у каждого из компонентов образуется своя кристаллическая решетка.

В структуре различаются зерна каждого из компонентов, т.е. образуются две фазы. Механические смеси кристаллизуются из жидкости при постоянной температуре. При этом компоненты кристаллизуются обособленно друг от друга, но одновременно.

Механическую смесь могут образовывать не только компоненты, но и два твердых раствора или один из компонентов и ограниченный твердый раствор.

Механическую смесь двух компонентов называют эвтектикой.

Эвтектика – механическая смесь двух и более компонентов, кристаллизующихся при постоянной температуре одновременно и обособленно друг от друга.

Обозначение механических смесей: (А + В) или в случае твердых растворов: (α + γ).

3. Химические соединения. Кристаллы, в структурах которых атомы двух компонентов образуют химическую связь.

Особенности:

– сложная кристаллическая решетка, в которой оба компонента занимают строго определенные места;

– постоянный химический состав (стехиометрический) металл-неметалл;

Они имеют однородную структуру (одну фазу). Химические соединения имеют постоянную температуру плавления и кристаллизации. Кристаллические решетки химического соединения и исходных элементов различаются.

В химическом соединении сохраняется определенное соотношение атомов элементов, позволяющее выразить их состав с техиометрической пропорцией в виде формулы А_nВ_m.

Химические соединения обладают очень высокой твердостью. Например, соединение железа с углеродом Fe₃C. Его твердость в 10 раз выше, чем твердость чистого железа.

В отличие от твердых растворов химические соединения характеризуются высокой хрупкостью, поэтому они непригодны для механической обработки.