Основы теории сплавов

Сплавы - это вещ-ва, сост-ие из нескольких элем-ов, взятых в произвольных соотношениях. Сплавы получ-ся главным образом путем сплавления различных элем-ов в жидком состоянии, но могут быть получены и за счет диффузии в твердом состоянии, и путем совместной конденсации паров или другими способами. Компонентами сплава наз-ют хим-ие элем-ты или соединения, входящие в состав сплава. В зависимости от хим-ой природы элем-ов, размера их ионов и типа кристал-ой реш-ки компоненты могут растворяться друг в друге (ограниченно или неогр-но), могут быть нераств-ыми друг в друге или образовывать новые хим-ие соед-ия. Отдельные однородные части сплавов, отделенные от других частей поверхностью раздела, при переходе через кот. хим-ий состав и св-ва меняются скачком, наз-ся фазами. Графич-ое изобр-ие фазовых равновесий в зависимости от температуры и состава принято называть диаграммой состояния.

Как правило, в жидком состоянии компоненты сплавов хорошо растворяются друг в друге. При  температуры и кристаллизации из жидкой фазы выделяются твердые фазы, которые могут быть твердыми растворами либо чистыми компонентами. Твердые растворы бывают трех видов: замещения, внедрения и вычитания.

Твердыми раств-ами замещения называют фазы, в которых часть узлов кристал-ой реш-ки заполнены атомами одного сорта, а часть узлов атомами другого сорта. Твердые растворы замещения могут быть огран-ыми и неогран-ыми (непрерывными). Образование неогран-ых твердых раств-ов возможно в тех случаях, когда размеры атомов близки, кристал-ие реш-ки компонентов одинаковы (изоморфны) и строение валентных электр-ных оболочек подобно. Когда кристал-ие реш-ки не одинаковы или размеры атомов отличаются более чем на 6%, твердые растворы явл-ся огранич-ыми. При разнице размеров атомов более чем 12% компоненты не раствор-ся друг в друге.

Твердыми раств-ми внедрения наз-ют фазы, в кот. атомы раств-ого компонента внедрены м/у атомами второго компонента  растворителя. Твердые растворы внедрения всегда ограниченны.

Твердыми растворами вычитания называют фазы на основе химических соединений. В кристаллических решетках таких сплавов часть узлов не занята атомами того или иного сорта, то есть часть атомов как бы вычтена из кристаллической решетки, и в вместо них в решетке остаются вакансии.

Диаграммы состояния сплавов и закономерности Курнакова

Если отрезок оси абсцисс разделить на сто частей, то точки этого отрезка будут соответс-ть процентному составу двойных сплавов. Если по оси ординат отложить темп-ру, то получим корд-ную сетку диаграммы фазового состояния. Каждая точка диагр-ы состояния соответствует опред-ому составу сплава при заданной темп-ре. Линии на диагр-ме состояния отмечают темп-ры изменения фазового состава, а поля, огранич-ые этими линиями, характ-ют области сущ-ия различных фазовых состояний.

Диагр-мы состояния показывают изменения фазового состояния сплавов при изменении их состава и темп-ры, а также позволяют предсказы-вать св-ва сплавов. Связь м/у составом сплава и его св-ами для различных типов диагр-м состояния впервые была установлена Курнаковым и получила название закономерностей Курнакова.

При изоморфности кристал-их реш-ок, близости строения валентных электр-ых оболочек атомов и малой разнице в размерах атомов в твердом состоянии элементы образуют неогран-ные твердые раст-ры.

Диаг-мы сост-ия и зависимость св-в от состава для:

а),б)неогран-ной раств-ти компон-ов в тв-ом сост-ии

в), г)отсутствия раств-ти комп-ов в тв-ом состоянии;

д), е) огран-ной раствор-ти комп-ов в тв-ом сост-ии.

Верхняя линия на диаг-ме состояния предст-ет собой геомет-ое место точек начала кристаллизации или конца плавления  линию ликвидус. Выше этой линии все сплавы находятся в однофазном  жидком состоянии. Нижняя линия явл-ся геометр-им местом точек конца кристал-ии или начала плавления  линия солидус. Ниже этой линии все сплавы также в однофазном  твердом состоянии. Поскольку при изм-ии состава сплавов фазовое состояние при низких темпер-ах не меняется, то зависимость св-в от состава имеет вид плавной линии с максимумом. Зависимость св-в от состава (прочности, удельного электр-го сопрот-ия, твердости) показана на 22 б).

Диаг-ма состояния системы для случая, когда компоненты полностью не растворяются друг в друге в твердом состоянии и растворимы в жидком состоянии, показана 22 в). Здесь линия ликвидус выглядит в виде ломаной, причем при некотором составе, назыв-мом эвтектическим (от греч-ого слова эвтектикос - легкоплавкий), линия ликвидус касается линии солидус. Линия солидус представ-ет собой горизонт-ую линию. Ниже линии солидус в сплава имеется две твердые фазы, явл-ся чистыми компонентами сплава. Поскольку компоненты не раствримы друг в друге, то св-ва линейно меняются при изменении состава в соответствии с тем, как меняется кол-во фаз. Однако вблизи эвтектич-го состава наблюд-ся отклонение от линейного закона. Это связано с тем, что при кристал-ии эвтектических сплавов из жидкости одновременно выпадают две твердые фазы, и формируется мелкозернистая структура. Измельчение зерен ведет за собой увеличение электрич-го сопрот-ия и прочности эвтектических сплавов.

Для систем сплавов с огранич-ой растворимостью характерны диаг-мы состояния, показанные 22 д). В таких системах имеются две области сущ-ия фаз, представляющих раствор одного компонента в другом, и область сущ-ия смеси двух фаз. При составах, соответ-их областям сущ-ия твердых растворов на основе какого-либо компонента, изменения св-в аналогично изменению св-в в системах с неогран-ой растворимостю компонентов, а в областях сост-ов, соответст-их двухфазным смесям, измен-ие состава ведет к изменнию св-в, характерному для систем с нерастворимыми в твердом состоянии компонентами.