Лекция №4. Строение металлических сплавов

раздела (границей зерна). При переходе через поверхность раздела резко (скачком) изменяются химический состав или структура, а так же свойства.
В металлических сплавах фазами могут быть:
зёрна чистого металла,
зёрна твёрдого раствора,
зёрна химического соединения.

свою кристаллическую решетку, а атомы другого компонента располагаются в решетке первого компонента, изменяя ее размеры. Различаются твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.

Твердые растворы внедрения возникают при сплавлении металлов с неметаллами, имеющими малый атомный радиус – C, N, B, H. Всегда ограниченная растворимость второго компонента в первом.
Твердые растворы замещения образуются, когда атомные радиусы металлов отличаются <15%. Такие твердые растворы могут быть ограниченными и неограниченными.

находятся в строгом соотношении друг с другом и могут быть выражены формулой вида AmBn.
Химические соединения имеют свою кристаллическую решетку, отличную от решеток компонентов.
Химические соединения, имеют постоянную температуру плавления, как и чистые металлы и играют роль самостоятельного компонента.
Свойства химического соединения сильно отличается от свойств исходных элементов. Как правило, оно обладает высокой твёрдостью и хрупкостью.
Примеры химических соединений:
1. соединения металлов с металлами, так называемые интерметаллиды, например, CuAl2, Ni3Al,
2. соединения металлов с неметаллами, например:
карбиды Fe3C (цементит), VC, WC4 нитриды TiN, , Fe2N; бориды CrB, Ni3B,.

структуре может формироваться особая структурная составляющая, называемая механическая смесь. Механическая смесь не является фазой, это смесь двух фаз, сформированная при постоянной температуре и определенном постоянном химическом составе сплава.

Так как любая механическая смесь имеет постоянное строение и соотношение образующих ее фаз, это задает ее определенные не изменяемые механические свойства: твердость, пластичность и т.д.

Фазами, входящими в механическую смесь могут быть чистые компоненты, твердые растворы и химические соединения.

зависимости от температуры и концентрации компонентов.
Диаграмма строится обычно по кривым охлаждения сплава (термический анализ) в координатах:
Т°С – концентрация компонентов.
Диаграмма состояния позволяет изучать фазы и структурные составляющие сплава. Пользуясь диаграммой состояния можно определять при любой температуре нагрева сплава число составляющих фаз, их состав и количественное соотношение, температуры начала и конца плавления.
Имеется 4 основных типа диаграмм состояния, на которых основывается теория сплавов.

трехкомпонентный сплав

диаграмма соответствует сплавам, у которых компоненты в твердом состоянии формируется твердый раствор замещения с полной растворимостью компонентов: Cu-Ni, Fe-Cr, Co-Cr и др.

линия АСВ – ликвидус; линия АФВ – солидус;
α – неограниченный твердый раствор компонентов А и В друг в друге

(механических смесей компонентов)

Компоненты таких сплавов в жидком состоянии неограниченно растворимы друг в друге, а в твердом не вступают в химическое взаимодействие друг с другом и не растворяются друг в друге. Такая форма сплава возникает при большом различии в свойствах образующих его металлов: Al – Si, Sn –Zn и др.

линия АДВ – линия ликвидус, выше неё сплав находится в жидком состоянии;
линия СДЕ –линия солидус, ниже неё сплав находится в твердом состоянии.
В точке Д на диаграмме происходит кристаллизация из жидкости механической смеси кристаллов А и В – эвтектики.

диаграмма состояния двух компонентов, образующих твёрдые растворы в ограниченных областях сплавов, за пределами которых образуется механическая смесь из кристаллов твёрдых растворов.

химическое соединение, которое при нагреве до температуры плавления не диссоциирует. Если химическое соединение AmBn обозначить как компонент С, то данная диаграмма разделится на 2 части, которые аналогичны уже рассмотренным нами ранее.