Способы получения двойных сплавов.
Фазы сплавов.
Сплавомназывается сложное вещество, получаемое путем сплавления нескольких простых веществ, называемых компонентами сплава.
В металлическом сплаве основным компонентом (более 50 %) должен быть
металл. У сплавов можно получить более высокие механические, физические и химические свойства, чем у чистых металлов.
Прежде всего выясним, что такое структура и фазовый состав. Сплавы, как и чистые металлы, построены из зерен, которые можно наблюдать в оптический микроскоп. В зависимости от природы сплавляемых компонентов в сплавах могут наблюдаться в виде зерен следующие фазы:
смесь зерен чистых компонентов (если последние не вступают друг с другом ни в какое взаимодействие);
твердые растворы одного компонента в другом, когда кристаллические решетки в зернах построены из атомов обоих компонентов, из которых один является растворителем, а другой — растворимым;
химические соединения компонентов сплава друг с другом, имеющие свою присущую им кристаллическую решетку, отличную от решеток исходных компонентов.
При образовании твердых растворов компоненты в зависимости от их природы могут растворяться друг в друге ограниченно или неограниченно. При ограниченной растворимости в решетке одного компонента может раствориться лишь некоторое, как правило, зависящее от температуры количество атомов другого компонента. Остальное количество взятого для сплава компонента при этом или само становится растворителем и образует зерна со своей решеткой, в которой растворены атомы другого сплавляемого компонента, или вступает со вторым компонентом в химическое взаимодействие.
Для понимания природы
сплавов и их свойств необходимо познакомиться с диаграм
мами состояний простейших сплавов — двойных. Эти сплавы со
стоят из двух компонентов.
Диаграмма состояний представляет собой чертеж, в котором отражено изменение структуры и фазового состава сплавов данных компонентов в зависимости от их содержания (концентрации) и температуры Т (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Основные типы диаграмм состояния (верхний ряд) и характер изменения свойств в зависимости от концентрации В
1. Диаграмма состояний сплавов — механических смесей — изображена на рис. 1.11, а. Это случай, когда компоненты А и В взаимно растворяются только в жидком состоянии, а в твердом не растворяются и не вступают в химическое взаимодействие.
В твердом состоянии (ниже линии CDE) все сплавы этой системы состоят из зерен чистых компонентов А + В. Свойства сплавов в данном случае зависят от свойств компонентов и их относительных количеств в каждом сплаве и изменяются по линейному закону от компонентов А и В.
2. При неограниченной взаимной растворимости компонентов в твердом состоянии получается диаграмма состояний, изображенная на рис. 1.11, б. В данном случае образуется непрерывный ряд сплавов — твердых растворов а переменной концентрации.
Известно, что при растворении в кристаллической решетке одного компонента атомов другого она искажается и в ней возникают внутренние напряжения, тем больше, чем больше в решетке посторонних («чужих») атомов. Все это затрудняет передвижение дислокаций в зернах во время пластической деформации и повышает прочность сплава.
В связи с отмеченным свойства сплавов неограниченных твёрдых растворов изменяются по криволинейному закону.
3. Показанная на рис. 1.11, в диаграмма состояний отражает поведение сплавляемых компонентов при ограниченной растворимости.
В данном случае в твердом состоянии (ниже линии ACDEB) наблюдаются три структурно-фазовые области: области ограниченных α (слева) и β(справа) растворов и между ними область механических смесей этих растворов (α+ β).
В областях, занятых только одним раствором, свойства изменяются по криволинейным законам, а в смешанной области — по линейному.