8. Твердые растворы. Основные типы твердых растворов.

Они образуются в том случае, когда в кристаллической решетке одного компонента атомы замещаются на атомы другого компонента. Это твердые растворы замещения. Бывают твердые растворы внедрения, твердые растворы вычитания.

Твердые растворы замещения подразделяют на растворы неорганической и органической растворимости.

1) Основ. металл, атомы в котором замещаются – растворитель.

2) Растворенный компонент. Для того, чтобы получить твердый раствор неорганической растворимости замещаются атомы растворенного компонента. Необх. выполнение трех условий:

а) Кристаллические решетки обоих компонентов являются изоморфными (однотипными)

б) Разница в атомных радиусах не должна превышать 14 & 15 %

в) Сплавляемые компоненты должны находиться в одной части периодической таблицы.

Невыполнение хотя бы одного из условий приводит к образованию твердых растворов ограниченной растворимости. К растворам, в которых атомы кристаллической решетки растворителя частично замещаются атомами растворимого компонента.

Твердые растворы внедрения.

Твердые растворы внедрения образуются, когда атомы одного компонента внедряются в пустоты или дефекты другого компонента. Такое возможно лишь в случае большого различия в атомных радиусах компонента. Твердые растворы внедрения образуют металлы с углеродом, азотом и твердые растворы замещения.

Твердые растворы вычитания.

Они образуются на базе хим. соединений при недостатке атомом одного из компонентов. Отдельные узлы кристаллической решетки растворителя остаются вакантными.

9. Металлические соединения. Электронные соединения, фазы внедрения, фазы Лавеса.

Электронные соединения–это образования между одновалентными (медь, серебро, золото) или металлами переходных групп (железо, магний, кобаль) и простые с 2 до 4 валентностью. Число валентных к числу атомов – электро концентрация (1.62; 1.5; 1.75) (медь цинк 1.5) (Cu3Al4 Cu5Tn) 1.62 – Cu5Zn8, 1.75 – CuZn3, Cu3Si, Cu3St4).1.5 – ОЦК, ГПК.

Фазы Лавеса–это промежуточные фазы почти пост. Сост. AB2 между компонентами диаметром 1.1 – 1.6. Образ с разными таблицами периодов элементов. B<A на 20-30%. ГПК – MgZn2, ГЦК – MgCu2. в магнитном поле ведут себя как диэлектрики.

Фазы внедрения–C, H, N, B – карбиды, нитриды, бориды – фазы внедрения (M4X).Соотношение радиусов метала и не метала кристаллическая структура фаз внедрения опред если меньше 0,59 следовательно кристаллические решетки простые. Иначе – сложные решетки и они не фазы внедрения; твердые растворы вычитания на базе фаз внедрения (ванадий С, цирконий С) явл фазами переменного состава и карбиды явл саамами твердыми (карбид титана, карбид циркония).

10. Д иаграмма состояния для сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Правило рычага(правило отрезков). Для одного из сплавов построить кривую охлаждения и описать превращения, происходящие при охлаждении.

Сначала получают терм. кривые. Полученные точки переносят на диаграмму, соединив точки начала кристаллизации сплавов и точки конца кристаллизации, получают диаграмму состояния.

Проведем анализ полученной диаграммы.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В).

2. Число фаз: f = 2 (жид. фаза L, кристаллы твердого раствора )

3. Основные линии диаграммы:

• acb – линия ликвидус, выше этой линии сплавы находятся в жидком состоянии;

• adb – линия солидус, ниже этой линии сплавы находятся в твердом состоянии.

4. Характерные сплавы системы:

Чистые компоненты А и В кристаллизуются при постоянной температуре, кривая охлаждения компонента В.

Остальные сплавы кристаллизуются аналогично сплаву I, кривая охлаждения которого представлена на б.

Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора . На кривой охлаждения отмечается перегиб (критическая точка), связанный с уменьшением скорости охлаждения вследствие выделения скрытой теплоты кристаллизации. На участке 1–2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии двух фаз (жидкой и кристаллов твердого раствора ) число степеней свободы будет равно единице . При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора .

Правило отрезков. Посредством правила отрезков можно определить состав фаз в любой двухфазной области и количественное их соотношение. Правило отрезков состоит из двух частей. Первая часть: для того чтобы определить состав фаз через заданную точку в двухфазной области (точка соответствует конкретной температуре) проводят горизонтальную линию до пересечения с линиями, ограничивающими эту область. Проекция точек пересечения на ось концентрации даст нам состав фаз. Вторая часть: для того чтобы определить количество фаз через заданную точку проводят горизонтальную линию до пересечения с линией, ограничивающей эту область. Отрезки между заданной точкой и точками с соответствующим составом фаз обратно пропорциональны их количеству.

11. Д иаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов, с наличием эвтектики. Для одного из сплавов построить кривую охл. и описать превращения, происходящие при охлаждении.c

Проведем анализ диаграммы состояния.

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

2.Число фаз: f = 3 (кристаллы компонента А, кристаллы компонента В, жидкая фаза).

3. Основные линии диаграммы:

• линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;

• линия солидус ecf, параллельна оси концентраций стремится к осям компонентов, но не достигает их;

4. Типовые сплавы системы.

а) Чистые компоненты, кристаллизуются при постоянной температуре, на рис 5.3 б показана кривая охлаждения компонента А.

б). Эвтектический сплав – сплав, соответствующий концентрации компонентов в точке с (сплав I). Кривая охлаждения этого сплава, аналогична кривым охлаждения чистых металлов (б)

Эвтектика – мелкодисперсная механическая смесь разнородных кристаллов, кристаллизующихся одновременно при постоянной, самой низкой для рассматриваемой системы, температуре.

При образовании сплавов механических смесей эвтектика состоит из кристаллов компонентов А и В: Эвт. (кр. А + кр. В)

Процесс кристаллизации эвтектического сплава: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинается одновременная кристаллизация двух разнородных компонентов. На кривой охлаждения отмечается температурная остановка, т.е. процесс идет при постоянной температуре, так как согласно правилу фаз в двухкомпонентной системе при наличии трех фаз (жидкой и кристаллов компонентов А и В) число степеней свободы будет равно нулю . В точке 1^/ процесс кристаллизации завершается. Ниже точки 1^/ охлаждается сплав, состоящий из дисперсных разнородных кристаллов компонентов А и В.

12. Д иаграмма состояния для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и с наличием эвтектики. Для одного из сплавов построить кривую охл. и описать превращения, происходящие при охл..

1. Количество компонентов: К = 2 (компоненты А и В);

2. Число фаз: f = 3 (жидкая фаза и кристаллы твердых растворов (раствор компонента В в компоненте А) и ( раствор компонента А в компоненте В));

3. Основные линии диаграммы:

линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящ. в одн. точк;

линия солидус аdcfb, состоит из трех участков;

dm – линия предельной концентрации компонента В в комп. А;

fn – линия предельной концентрации компонента А в комп. В.

4. Типовые сплавы системы.

При концентрации компонентов, не превышающей предельных значений (на участках Аm и nВ), сплавы кристаллизуются аналогично сплавам твердым растворам с неограниченной растворимостью, см кривую охлаждения сплава I на рис. 5.5 б. При концентрации компонентов, превышающей предельные значения (на участке dcf).