Фазовые диаграммы систем с промежуточными фазами

Лекция 9

Лекция к двойным диаграммам

Фазовые диаграммы систем с промежуточными фазами

Хочу вам напомнить, о каких фазах идет речь. Прежде всего, они образуются как при полной, так и при ограниченной растворимости компонентов в жидком состоянии. Обычно их образуют компоненты, которые располагаются в разных подгруппах ПС Мен., т.е. отличаются один от другого электронным строением атомов и физико-химическими свойствами. Элементы – аналоги, как правило, промежуточных фаз не образуют.

1. Упорядоченные твердые растворы. Основные факторы образования упорядоченных растворов – размерный и электронно-химический. По своим свойствам близки к химическим соединениям. Их можно рассматривать как промежуточные фазы между твердыми растворами и химическими соединениями. Правильное расположение атомов в решетке характерно для химического соединения, однако сохраняется решетка растворителя и при высоких температурах наступает «беспорядок» в твердом растворе.

2. Электронные соединения (фазы Юм-Розери). Промежуточные фазы устойчивость которых зависит от того, насколько электронная концентрация е/а близка к определенным значениям, получили названия электронных соединений. Они образуются между двумя металлами из следующих групп:Cu, Ag, Au, Fe, Co. Pt, Pb с одной стороны, и Be, Zn, Cd, Al, Sn, Si – с другой.

Это фазы переменного состава, имеющие сравнительно большие области гомогенности. Условно хим. состав этих фаз описывается формулами, отвечающими е/а = 3/2, 21/13, 7/4, причем каждому соотношению соответствует свой тип кристаллической решетки.

3. Фазы Лавеса – стехиометрический состав описывается формулой АВ₂. Устойчивость кристаллической структуры фаз определяется в значительной степени размерным (объемным) фактором. Отношение атомных радиусов для этих фаз R_A / R_B @ 1,2. Решетка ГЦК – тип MgCu₂, или ГП – тип MgZn₂.

Узкие области гомогенности, некоторые из них могут претерпевать полиморфные превращения.

Фазы Лавеса широко встречаются как упрочняющие интерметаллические соединения в жаропрочных сплавах.

4. Фазы внедрения образуют переходные металлы с неметаллами. Это фазы переменного состава, описываются стехиометрической формулой МеХ, Ме₂Х, Ме₄Х и т.д. Кристаллическую структуру фаз определяет размерный фактор.

При соотношении R_x/ R_m < 0,59 почти всегда простые кристаллические решетки (ОЦК, ГЦК, ГП). Если R_x/ R_m> 0,59 –сложная решетка с большим числом атомов в ячейке.

Фазы внедрения кристаллизуются с дефицитом металлоидных атомов (H, N, C), т.е. имеются вакантные узлы. Эти фазы имеют очень большое значение при разработке коррозионно-стойких сталей и сплавов, оценке сопротивления металлов (особенно титановых, циркониевых сплавов) хрупкому разрушению.

5. Сигма фазы. Образуются при взаимодействии переходных металлов VA –VIA подгрупп с металлами VIIA – VIII групп. Ряд исследователей относят s -фазы к электронным соединениям - е/а @ 7- (атомные радиусы металлов, образующих эти фазы отличаются не более чем на 8%). Тетрагональная решетка с 30 атомами в элементарной ячейке. Стехиометрическая формула АВ (FeCr, FeV), многие из них имеют широкий интервал гомогенности. Некоторые s -фазы устойчивы в ограниченном интервале температур и распадаются на смесь, состоящую из другой промежуточной фазы и граничного раствора на основе переходного металла.

Встречаются во многих технических сплавах, особенно важны среди них хромоникелевые аустенитные стали и сплавы, в которых s-фазы имеют тип соединения FeCr.

6.Соединения с нормальной валентностью. Это промежуточные фазы, которые образуются между типичными металлами и элементами, обладающими и металлическими, и неметаллическими свойствами. Для этих промежуточных фаз характерен постоянный состав или узкие области гомогенности. Стехиометрические формулы таких соединений подчиняются правилам химической валентности.