Материаловедение_Теория сплавов_Диаграммы состояния_ПГТИ

Теория сплавов

В качестве конструкционных материалов чистые металлы используются крайне редко, так как низкую прочность и невысокие технологические свойства. В технике обычно применяются сплавы.

Сплав – вещество, полученное сплавлением нескольких элементов. Другими словами, сплав – это твердое вещество, обладающее всеми признаками металлов и состоящее из 2-х и более химических элементов.

Компонент – элемент или химическое соединение, входящее в состав сплава (элементы или химические соединения, образующие сплав). Компонент, преобладающий в сплаве количественно, называется основным. Компоненты, вводимые в сплав для придания ему нужных свойств, называются легирующими.

Фазовая составляющая (фаза) – однородная часть сплава, характеризующаяся определенным составом, свойствами, типом кристаллической решетки и отделенная от других частей сплава поверхностью раздела (при переходе через которую химический состав, структура, а, следовательно, свойства меняются скачкообразно).

Виды фаз

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

2. Чистые компоненты -

3. Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды).

Различают твердые растворы замещения (а) и твердые растворы внедрения (б).

а		При образовании твердого раствора замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке. При этом период решетки может увеличиться или уменьшиться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя и растворенного компонента. Могут образовываться при соблюдении условий: 1) Компоненты должны обладать одинаковыми по типу (изоморфными) кристаллическими решетками. 2) Различие в атомных размерах компонентов должно быть незначительным и не превышать 15 %; 3) Компоненты должны принадлежать к одной и той же группе периодической системы элементов или к смежным родственным группам и в связи с этим иметь близкое строение валентной оболочки электронов в атомах.
б		При образовании твердого раствора внедрения атомы растворенного компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя. При этом атомы располагаются не в любом междоузлии, а в таких пустотах, где для них имеется больше свободного пространства. В этом случае период решетки растворителя всегда возрастает.

4. В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

Характерные особенности химических соединений

1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение;

2. В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов. Это позволяет выразить их состав простой формулой А_nВ_m, где А и В – соответствующие элементы,mиn- простые числа;

3. Свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов;

4. Температура плавления (диссоциации) постоянная;

5. Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

Примеры химических соединений: цементит – Fe₃C, оксиды металлов WC, TiO₂…

Механические смеси образуются, когда из жидкого расплава одновременно выпадают кристаллы составляющих его компонентов. При образовании механической смеси кристаллические решетки фаз не меняются.

Под структуройпонимают форму, размеры и характер взаимного расположения фаз в сплаве. Для описания структуры используют понятие структурных составляющих.

Структурная составляющая – часть сплава, имеющая при рассмотрении под микроскопом однообразное строение. Структурные составляющие могут быть однофазными и двухфазными.

1 фаза, 1 структурная составляющая	2 фазы, 1 структурная составляющая	2 фазы, 2 структурные составляющие