1.3. Фазовые диаграммы сплавов
|
Рис. 1.6. Фазовая диаграмма сплава типа б. |
На рис. 1.6 показана фазовая диаграмма типичного биметаллического сплава, в котором металлы образуют эвтектику. Линия CED на диаграмме называется линией солидуса. Каждая точка этой линии указывает температуру, при которой начинается кристаллизация остывающего расплава с соответствующим составом. Точки С и D отвечают температурам плавления чистого компонента А и чистого компонента В соответственно. По мере добавления компонента В к компоненту А температура плавления понижается аналогично тому, как это происходит для любого раствора (здесь мы имеем дело с одним из коллигативных свойств растворов). Точно так же, если компонент А добавляют к чистому компоненту В, температура плавления последнего понижается. |
Всегда существует
раствор такого состава, который обладает
минимальной температурой плавления
(эвтектическая
точка Е
на
кривой солидуса); исключение составляют
сплавы типа твердых растворов.
Расплав с эвтектическим составом, отвечающим точке F при охлаждении отвердевает точно при 430ºС и дает эвтектический сплав. При охлаждении расплавленной смеси с составом, отвечающим точке G. кристаллизация начинается при температуре 650ºС, намного превышающей эвтектическую температуру плавления. При указанной температуре образуются микрокристаллы компонента А, в результате чего остающийся расплав обогащается компонентом В. Поэтому по мере кристаллизации компонента А температура кристаллизации понижается и состав расплава изменяется в соответствии с ходом кривой солидуса. В конце концов в эвтектической точке Е происходит кристаллизация всего оставшегося расплава; образуется эвтектическая смесь, в которой микрокристаллы компонента А равномерно распределены по объему эвтектического сплава. Если же охлаждать расплав с составом, отвечающим точке Н, то образуется твердый сплав, содержащий микрокристаллы компонента В, которые равномерно распределены по объему эвтектической смеси. Изменяя состав расплава, можно получать твердые сплавы с различной пластичностью, ковкостью и другими физическими свойствами.
|
Рис. 1.7. Фазовая диаграмма сплава, в котором образуется интерметаллическое соединение. |
Если компоненты А и В образуют друг с другом интерметаллическое соединение АВ, фазовая диаграмма приобретает более сложный вид, так как возможно образование эвтектик АВ-А и АВ-В. На рис. 1.7 показаны две такие эвтектические точки. Положение промежуточного максимума на кривой солидуса соответствует составу интерметаллического соединения. При варьировании состава подобных систем наблюдаются еще более широкие изменения свойств.
|
1.4. Соединения внедрения
|
в какой-то мере родственны обычным сплавам, но все же их внутреннее строение имеет определенные особенности. Ясно, что речь идет о внедрении одних частиц в готовую структуру, образованную другими частицами. Например, если четыре шара образуют тетраэдр, то в его центре остается большое пространство, в которое можно пометить еще один шар меньшего размера. Расчет, основанный на геометрическом рассмотрении, показывает, что максимальный радиус шара, который можно поместить в пространство внутри плотноупакованной тетраэдрической структуры составляет 0,225 их радиуса (рис. 1.8). |
Рис. 1.8. Внедрение атома в тетраэдрическую и октаэдрическую дырки. |
Однако, поскольку атомы не являются шарами с четко очерченными границами и связываются друг с другом в результате некоторого перекрывания электронных облаков, в указанное пространство могут встраиваться атомы гораздо большего размера. Известны кристаллические структуры, где радиус внедренного в тетраэдрическую дырку атома достигает 0,59 радиуса тетраэдрически расположенных больших атомов.
Октаэдрическая дырка (рис. 1.8) имеет несколько большие размеры, чем тетраэдрическая, и, следовательно, в нее могут встраиваться более крупные атомы. Поскольку в кристаллах с тетраэдрической структурой на каждый атом А приходятся две тетраэдрические дырки, отношение числа дырок к числу основных атомов составляет 2/1. В кристаллах с октаэдрической структурой отношение числа дырок к числу атомов равно 1/1. Таким образом, если все имеющиеся в наличии дырки окажутся заполненными атомами В, состав соединений внедрения с тетраэдрической структурой должен выражаться обшей формулой АВ2. В отличие от этого состав соединений внедрения, в результате полного заполнения всех дырок в октаэдрической структуре, должен выражаться общей формулой АВ.
|
Примеры подобных соединений внедрения приведены в табл. 1.1. Поскольку во многих случаях заполнение дырок может оказаться неполным, разнообразие соединений внедрения очень велико. Свойства соединений внедрения, полученных на основе какого-либо металла, нередко очень сильно отличаются от свойств этого металла. |
Таблица 1.1. Примеры соединений внедрения
|