Сплавы

Проба на искру.

Применяется в тех случаях, когда нужно быстро установить марку стали. Основана эта проба на том, что снимаемая при обработке стали на абразивных кругах стружка, сгорая в воздухе, образует сноп искр. Характер искр, их форма и цвет – от ослепительно белого до темно-красного – различны и зависят от химического состава стали (Рис.31.).

Марки углеродистой стали (в) дают белый пучок искр с отдельными звездочками, причем, чем больше в стали углерода, тем больше звездочек и тем короче пучок искр.

Марганцовистая сталь с содержанием 10 -14 % Мn дает тонкие и длинные светло-желтые линии с крупными звездочками (г), быстрорежущие стали – небольшой пучок искр темно-красного цвета, почти без звездочек (а). Кремнистые стали дают линии с крупными редкими звездочками (б), хромистые стали – искры соломенно-желтого оттенка, прерывистыми линиями, с мелкими частыми звездочками (д).

Рис.31. Проба стали на искру

Подавляющее большинство металлических материалов – это не чистые металлы, а сплавы. Для специальных целей приготавливают особо чистые металлы, но даже металлы сомой высокой частоты, представляют собой сплавы. Даже при частоте 99,9999 % (по массе) каждый грамм металла все еще содержит сотни триллионов инородных атомов примесей.

Чистые металлы относительно редко применяют в машиностроении, так как они не обеспечивают необходимого комплекса механических и технологических свойств изготовляемых из них деталей. Широко используют сплавы, состоящие из двух и более элементов. Элементы, входящие в сплав, называются компонентами.

Металлические сплавы, как и чистые металлы, имеют характерную кристаллическую решетку. Следовательно, они являются кристаллическими веществами. Свойства сплавов зависят от содержания в них основных компонентов, а также от концентрации легирующих элементов, которые специально вводят в сплавы для придания им требуемых свойств.

Получение сплава не всегда возможно. Например, железо со свинцом, свинец с цинком не образуют сплава, так как в жидком виде они не дают раствора. Обязательное условие для образования сплава – получение однородного жидкого раствора соединившихся компонентов. При затвердевании сплавы образуют различные типы соединений, определяющих их внутреннее строение. Внутреннее строение сплавов резко отличается от строения металлов, из которых они получены, поэтому и свойства сплавов отличаются от свойств их компонентов.

Существует несколько способов получения металлических и других сплавов: сплавлением, спеканием, электролизом. Наиболее распространенным является способ сплавления входящих в состав сплава компонентов. При этом возможно получение следующих типов сплавов: твердый раствор, механическая смесь и химическое соединение. Указанные виды соединений различаются по структуре и по свойствам. Образование того или иного типа сплава обусловливается поведением атомов составляющих его металлов при охлаждении расплава.

Механические смеси состоят из практически чистых зерен обоих компонентов, сохраняющих присущие им типы кристаллических решеток и прочностные свойства. Образование такого сплава происходит при любом соотношении компонентов. Механические смеси образуют компоненты с большим различием атомных диаметров, не способные к взаимному растворению друг в друге в твердом состоянии и не вступающие в химическую реакцию. Компоненты сплава могут обладать как одинаковыми, так и разными кристаллическими решетками. Механические свойства смесей зависят от количественного соотношения компонентов, от размеров и формы зерен.

Химические соединения, образующиеся при сплавлении двух компонентов имеют строго определенный состав. Они образуются обычно при соединении компонентов, расположенных в периодической системе далеко один от другого и имеющих одинаковые или различные решетки. Химические соединения представляют собой зерна со специфической кристаллической решеткой, отличной от решеток обоих компонентов. Ячейки решеток химических соединений имеют сложное строение. Связь между атомами в них сильнее и жестче металлической. Поэтому они являются очень твердыми и хрупкими веществами.

Если образующиеся в сплавах химические соединения оказываются стойкими веществами, не диссоциирующими при нагреве вплоть до температуры плавления, то их принято рассматривать в качестве самостоятельных компонентов, способных образовывать сплавы с компонентами сплава.

При растворении компонентов друг в друге образуются твердые растворы. Получающийся при этом продукт представляет собой зерна, кристаллическая решетка которых построена из атомов обоих компонентов (при кристаллизации сохраняется решетка только одного компонента – того, который является растворителем). Атомы растворенного компонента находятся в решетке растворителя.

Если атомы растворимого компонента замещают в узлах решетки атомы компонента-растворителя, то образующийся раствор называется раствором замещения (Рис.32.а.). Такие растворы образуют компоненты с аналогичными типами кристаллических решеток при небольшой разнице их параметров. К твердым растворам замещения относятся медноникелевые, железохромистые, железомарганцевые и другие сплавы. Объем новой решетки несколько изменяется в сторону увеличения или уменьшения параметров, в зависимости от размеров атома растворенного компонента. Если растворимый компонент имеет очень малый атомный диаметр, то образуется твердый раствор внедрения (Рис.32.б). В этом случае атомы растворимого компонента размещаются в междоузлии ячейки кристаллической решетки растворителя, не вытесняя атомов растворителя из узлов решетки. Твердые растворы внедрения получаются обычно при соединении металлов с неметаллами. Это объясняется тем, что атомы неметалла – растворенного компонента значительно меньше по размерам, чем атомы растворителя – металла. Компоненты с неограниченной растворимостью образуют только растворы замещения. Ограниченная растворимость наблюдается как у твердых растворов замещения, так и у растворов внедрения. При ограниченной растворимости компонентов за пределами их растворимости образуются или смеси зерен ограниченных твердых растворов обоих компонентов друг в друге (например, компонента А в В и компонента В в А), или смеси зерен ограниченного раствора и химического соединения компонентов.

В твердых растворах замещения преобладающей связью между атомами является металлическая. В растворах внедрения вместе с металлической может возникать и ковалентная связь.

Рис.32. Виды твердых растворов

а – замещения; б – внедрения.

Дата добавления: 2014-10-17