Основные сведения о сплавах

Аллотропия (полиморфизм) металлов

Аллотропией, или полиморфизмом, называется способность металлов в твердом состоянии иметь различное кристаллическое строение, а следовательно, и свойства при различных температурах.

Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называется аллотропическим (полиморфным) превращением. Алло­тропические формы обозначают начальными буквами греческого алфавита: альфа α, бета β, гамма γ, дельта δ и т. д., начиная с той формы, которая существует при более низкой температуре.

В процессе аллотропического превращения выделяется скрытая теплота кристаллизации (если превращение идет при охлаждении); на кривой охлаждения аллотропическое превращение отмечается горизонтальным участком. Аллотропические превращения имеют многие металлы, например, железо, марганец, олово, титан и др.

Максимального значения скорость аллотропического превраще­ния Sn_β Sn_α достигает при переохлаждении примерно до темпе­ратуры – 30 °С. Поэтому опасность «оловянной чумы» особенно велика при хранении олова в зимнее время в холодном помещении.

Должны знать, что металлическим сплавом называется вещество, состоящее из двух или более элементов (металлов или металлов с металлоидами), обладающее металлическими свойствами. Обычным способом при­готовления сплавов является сплавление, но иногда применяют спекание, электролиз или возгонку.

В большинстве случаев входящие в сплав элементы в жидком состоянии полностью растворимы друг в друге, т. е. представляют собой жидкий раствор, в котором атомы различных элементов более или менее равномерно перемешаны друг с другом (рис. 15, а). В твердом виде сплавы способны образовывать твердые растворы, химические соединения и механические смеси (рис. 15, б, в, г).

Твердый раствор.Во многих сплавах при переходе в твердое состояние (при кристаллизации) сохраняется однородность рас­пределения атомов различных элементов и, следовательно, сохра­няется и растворимость. Образовавшийся в этом случае кристалл (зерно) называется твердым раствором.

Микроструктура твердого раствора в условиях равновесия представляет собой совершенно однородные и одинаковые по составу зерна и похожа на структуру чистого металла (рис. 15, б). Твер­дый раствор, как и чистый металл, имеет одну кристаллическую решетку. Различие состоит только в том, что в кристаллической решетке чистого металла все узлы заняты атомами одного эле­мента, а в твердом растворе — атомами различных элементов, образующих этот твердый раствор.

Растворимость в твердом состоянии может быть неограничен­ной и ограниченной. Растворимость твердого раствора, получен­ного при любом количественном соотношении элементов, называется неограниченной.Растворимость твердого раствора, полученного при определенном количественном соотношении элементов, назы­вается ограниченной.

По расположению атомов в кристаллической решетке различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения.

В твердом растворе замещения атомы растворенного элемента занимают узлы атомов элемента растворителя, т. е. расположены в узлах общей кристаллической решетки (рис. 16, а).

Механическая смесь. Если элементы, входящие в состав сплава, не растворяются друг в друге в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения, то при этих условиях из атомов каждого элемента образуется отдельная кри­сталлическая решетка, и кристаллы (зерна) элементов, входящие в сплав, образуют механическую смесь (рис. 15,г). При обра­зовании механической смеси, когда каждый элемент кристаллизу­ется самостоятельно, свойства сплава получаются средними между свойствами элементов, которые его образуют.

Механические смеси образуются также в случаях, когда эле­менты обладают ограниченной растворимостью, а также когда образуют химическое соединение. Если в сплаве количество эле­ментов превышает их предельную растворимость, то возникает механическая смесь двух насыщенных твердых растворов. При наличии в сплаве химического соединения образуется механиче­ская смесь из зерен твердого раствора и химического соедине­ния и т. д.

При изучении процессов, происходящих в металлах и сплавах при их превращениях, и описании их строения в металло­ведении пользуются следующими понятиями: «фаза», «структура», «система», «ком­понент».

Фазойназываются однородные составные части системы (ме­талла или сплава), имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение, свойства и одинаковое агрегатное состояние.

Например, жидкий металл является однофазной си­стемой; смесь жидкого металла и твердых кристалли­ков – двухфазной системой, так как свойства жидкого металла значительно отличаются от свойств твердых кристалликов. Фазами могут быть отдельные металлы, их химические соединения, а также растворы на основе металлов.

Под структурой понимают форму, размеры и характер взаимного расположения соответствующих фаз в металлах и сплавах.

Структурными составляющими сплава называются обособленные части сплава, имеющие оди­наковое строение с присущими им характерными осо­бенностями. Структурные составляющие могут состоять из одной, двух или более фаз. Одна из важнейших задач металловедения – опре­деление взаимосвязи между составом, структурой и свойствами.

Системойназывается совокупность фаз, находящихся в равно­весии при определенных внешних условиях (температура, давле­ние). Система, может быть, простой, если она состоит из одного элемента, и сложной, если она состоит из нескольких эле­ментов.

Компонентаминазывают вещества, образующие систему. Ком­понентами могут быть элементы (металлы и неметаллы) или устой­чивые химические соединения.

Дата добавления: 2014-03-19; просмотров: 458; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!