Фаза металлических сплавов

Если основу сплава составляет металлы и сплав обладает ярко выраженными металлическими свойствами (металлический блеск, высокая электро и теплопроводностью и пластичностью), то такие сплавы называются металлическими. В металлических сплавах могут быть образованы следующие фазы: различные жидкие растворы компонентов, в чистом состоянии, а так же твёрдые растворы компонентов.

В жидком расплавленном состоянии компоненты металлических сплавов, обычно образуют неограниченные жидкие растворы (т.е. в любых соотношениях растворяются друг в друге). В таком случае сплав является однородным, однофазным и состоит только из одного жидкого раствора. В редких случаях компоненты растворяются друг в друге ограниченно или совсем не растворяются. Тогда сплав будет состоит из двух частей, а точнее из двух не смешивающихся слоёв (если сплав двух компонентный). Верхний слой образует менее тонкий компонент. В твёрдом состоянии компоненты сплавов могут образовывать химические соединения, либо растворяться друг в друге, либо выделяться в чистом виде.

Если сплав двух компонентный, то химическое соединение, образующееся в сплаве в общем случае может быть записано: An Bm. Где A и B − компоненты сплава, n и m − целые числа.

В химическом соединении наблюдается определённое соотношение компонента, которое отображает его химическая формула. В одном сплаве может образовываться несколько химических соединений с различной формулой: AB₂; A₂B₃ …. Химическое соединение имеет свою собственную структуру и свойства, отличные от структуры и свойств компонентов, образующих это соединение (Fe₃C - цементит). Если компоненты A и B растворяются друг в друге в твёрдом состоянии, то тогда в сплавах наблюдается образование различных твёрдых растворов (A(B), B(A)).

В первом случае: A − растворитель, B − растворённое вещество. Во втором случае всё наоборот. В общем случае: .

При образовании твёрдых растворов, у фазы сохраняется кристаллическая структура компонента растворителя. Возможны два типа твёрдых растворов: твёрдые растворы замещения и твёрдые растворы внедрения.

При образовании твёрдого раствора замещения, атомы растворителя компонента замещают атомы растворителя в узлах его кристаллической решётки.
При образовании твёрдого раствора внедрения, атомы растворённого компонента размещаются в порах или междоузлиях кристаллической решётки компонента растворителя.

Твёрдые растворы замещения чаще всего образуют элементы, чей атомные радиус меньше атомного радиуса элемента растворителя. Например, углерод и азот, растворяясь в железе образуют твёрдый раствор внедрения. Растворённые атомы всегда искажают кристаллическую решётку компонента растворителя. При некоторой концентрации растворённых атомов эти искажения могут достичь своего придельного значения, что ведёт к ограничению растворимости. Твёрдые растворы внедрения всегда ограничены. Максимальная концентрация растворённых атомов в них не превышает 1−2%. Твёрдые растворы замещения могут быть как ограниченные, так и не ограниченные. Не ограниченные растворы образуются в том случае, если оба компонента имеют одинаковый тип кристаллической решётки, близкий атомный радиус и свойства. Например, золото и платина имеют ГЦК решетку и близкие свойства, поэтому не ограничено растворяются друг в друге. В этом случае: . Твердые растворы могут образовываться не только на базе чистых компонентов, но и на базе химических соединений. В таком случае химические соединения выступают в роле растворителя, в которых растворяется какой-то третий компонент

Например: - это раствор хрома, азота, углерод.

Если компоненты A и B не растворяются друг в друге в твёрдом состоянии и химически не взаимодействуют друг с другом, то тогда наблюдается образование двух фаз чистых компонентов, находящихся в твёрдом состоянии. В этом случае микроструктура сплава представляет собой механическую смесь зёрен или фаз чистого компонента A и чистого компонента B.

Здесь каждое зерно это чистый компонент A и чистый компонент B.

Свойства всего сплава в целом определяется простой суммой свойств A и B пропорционально их количеству.

Дата добавления: 2014-01-07