2015-01-30
997
В машиностроении чистые металлы не находят широкого применения, так как в большинстве случаев они не обеспечивают требуемого комплекса механических и технологических свойств. Чаще используют металлические сплавы - вещества, состоящие из двух и более элементов. Элементы, из которых образован сплав, называют его компонентами.
В жидком состоянии компоненты сплава в большинстве случаев полностью растворимы друг в друге и представляют собой жидкий раствор (рис. 1.7, а), в котором атомы различных элементов равномерно перемешаны друг с другом. При кристаллизации компоненты сплава вступают во взаимодействие, от характера которого зависит их строение. Наиболее часто встречаются твердые растворы, химические соединения и механические смеси.
Твердым раствором называется вещество, состоящее из двух или более компонентов, один из которых, сохраняя кристаллическую решетку, является растворителем, а другой (или другие) распределяется в кристаллической решетке растворителя, не изменяя ее типа.
Микроструктура твердого раствора в условиях равновесия представляет совершенно однородные и одинаковые по составу зерна и похожа на структуру чистого металла. В зависимости от характера распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы замещения (рис. 1.7, б) и внедрения (рис. 1.7, в). Растворимость в твердом состоянии может быть неограниченной и ограниченной. При неограниченной растворимости возможна любая концентрация (от 0 до 100 %) растворенного вещества (при концентрации более 50 % растворенное вещество становится растворителем).
Для образования твердых растворов замещения с неограниченной растворимостью необходимо соблюдение следующих условий:
o изоморфность (однотипность) кристаллических решеток сплавляемых компонентов;
o близость атомных радиусов компонентов, которые не должны отличаться больше чем на 8... 13 %;
o близость физико-химических свойств компонентов.
Если два компонента сплава не отвечают перечисленным выше условиям, то они могут растворяться друг в друге лишь ограниченно.
В реальных сплавах чаще наблюдаются твердые растворы с ограниченной растворимостью.
Химическим соединением (рис. 1.7, г) называют вещество, характерными особенностями которого являются:
o постоянство состава, выраженное формулой, которая отвечает определенному соотношению количеств атомов компонентов А и В в нем;
o наличие нового типа кристаллической решетки, отличающегося от типов решеток сплавляемых компонентов;
o ярко выраженное существенное изменение всех свойств.
Рис. 1.7. Фазы в металлических сплавах:
а - жидкий раствор L; б - твердый раствор α-замещения; в -твердый раствор α-внедрения; г - химическое соединение АnВm; д – механическая смесь А и В
В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими различия в электронном строении атомов.
Механическая смесь (рис. 1.7, д) образуется, когда компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием химического соединения. При этом образуется двухфазная структура сплава, представленная чередующимися зернами чистых компонентов А и В.
При изучении явлений, протекающих в металлах и сплавах в процессе их превращений, пользуются понятиями «система», «фаза», «компонент».
Системой называется совокупность фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температура, давление). Система может быть простой, если она состоит из одного элемента, и сложной - из нескольких элементов.
Фазой называется однородная по химическому составу и внутреннему строению часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела. Фазами могут быть металлы и неметаллы, жидкие и твердые растворы, химические соединения. Однофазной системой является, например, однородная жидкость, двухфазной - механическая смесь кристаллов двух металлов.
Компонентами называются вещества, образующие систему. Компонентами могут быть химические элементы (металлы и неметаллы) или устойчивые химические соединения.
