Будова сплавів

Сплавлянням різних компонентів дістають сплави. У процесі сплавляння компоненти можуть взаємно розчинятися, утворюючи при цьому тверді розчини. Якщо розчинів не утворюється, то сплав складається з речовин* різних за властивостями. В окремих випадках при сплавленні різних речовин можуть утворюватись хімічні сполуки.

Металевими сплавами називають речовини, добуті внаслідок сплавлення різних металевих елементів. Сплави, як правило, мають більш цінні фізичні й хімічні властивості, ніж окремі компоненти, що входять до їх складу. Тому перевагу у практичному використанні віддають сплавам

17За своєю структурою сплави можуть складатись а твердих розчинів, хімічних сполук або механічних сумішей.

У твердих розчинах атоми заміщуваних металів заміщують один одного у кристалічній решітці, не порушуючи при цьому її структури

В останній час прийнято тверді розчини поділяти на три типи: 1) заміщення; 2) проникнення;

3) віднімання.

На рис. 17, а зображено елементарну комірку кристалічної решітки твердого розчину заміщення, складену з елементів нікелю й міді. Атоми розчинюваного нікелю

заміщують атоми міді (розчинника) в її кристалічній решітці. При цьому атоми розчинюваного елемента не займають в цій решітці певних місць, тобто не існує чіткого чергування атомів елементів у вузлах кристалічної решітки. Таке розташування атомів називають невпорядкова- ним.

Утворення твердих розчинів заміщення характеризується такими умовами:

18 — елементарні комірки повинні бути подібні;

— необмежена розчинність має місце лише в тих випадках, коли різниця у діаметрах атомів елементів не перевищує 8%;

— при різниці у розмірах атомів від 8 до 15% спостерігається обмежена розчинність, а при різниці понад 15% тверді розчини заміщення практично не утворюються;

— будова електронних оболонок атомів ідентична;

— немає великої різниці в температурах плавлення компонентів розчину — чим менша ця різниця, тим вища їх розчинність.

При утворенні твердих розчинів заміщення відбувається процес об'ємної деформації, обумовлений різницею

міжках між вузлами решітки розчинника. Діаметри атомів розчинюваного елемента значно менші від діаметрів атомів розчинника.

19При утворенні твердого розчину проникнення параметри кристалічної решітки розчинника збільшуються.

У твердих розчинах віднімання внаслідок недостатньої кількості атомів розчинника у кристалічній решітці з'являються вільні вузли. Утворення таких розчинів можливе лише на основі хімічних сполук, наприклад карбідів титану, цирконію, ванадію або нітридів різних елементів.

У кристалічній решітці хімічної сполуки співвідношення атомів компонентів чітко визначене і зумовлюється їх валентностями. Наприклад, РеО і АІ2О3 є типовими хімічними сполуками між металами і металоїдами.

Хімічні сполуки мають складні кристалічні решітки і відзначаються високою твердістю і крихкістю.

Крім розглянутих твердих розчинів і хімічних сполук існують також впорядковані тверді розчини, електронні з'єднання і фази проникнення.

Рис. 19. Кристалічні решітки впорядкованих твердих розчинів.

В упорядкованих твердих розчинах атоми елементів мають чітко визначене місце в кристалічній решітці.

На рис. 19 зображено розташування атомів у кристалічній решітці впорядкованого твердого розчину міді й золота.

Упорядковані тверді розчини є проміжними фазами між хімічними сполуками і твердими розчинами. До проміжних фаз між хімічними і твердими розчинами можна також віднести електронні з'єднання, які утворюються двома металами з таких груп:

I Си, Ag, Аи, Ре, Со, N1, Реї, Р1;

II Ве, 2п, Ссі, А1, Sn.

Електронні з'єднання характеризуються певним відношенням валентних електронів до кількості атомів (3/2; 21/13; 7/4). Прикладом електронних з'єднань можуть бути сплави міді з цинком, заліза з алюмінієм і т. ін.

У табл. 4 наведено дані про електронні з'єднання застосовуваних у техніці сплавів міді.

Фази проникнення утворюються за умов коли діаметр атома металоїду становить не більш як 0,59 діаметра атома металу. Атоми металоїду розміщуються у порах простих кристалічних решіток металів К8, К12, Г12 у певному порядку, який характеризується координаційним числом.

Фази проникнення відповідають вимогам хімічних сполук і утворюють решітки, відмінні від решіток елементів, які входять до фаз проникнення. З огляду на це фази проникнення можна віднести до хімічних сполук.

На базі фаз проникнення можуть утворюватись тверді розчини віднімання. Прикладами фаз проникнення є нітриди і карбіди в різних сплавах.

До металевих сплавів належать також механічні суміші, які складаються з кристалів хімічних сполук, твердих розчинів і чистих елементів. Наприклад, евтектоїдна вуглецева сталь складається з кристалів твердого розчину вуглецю, розчиненого у а-залізі (фериті) і кристалів цементиту заліза Ре3С. Цементит має високу твердість і крихкість, а ферит є пластичною м'якою речовиною.

26.12.2015
1287

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!