66879

ФАЗЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ

Лекция

Физика

Твердыми растворами называют фазы в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку а атомы другого или других компонентов располагаются в решетке первого компонента растворителя изменяя ее размеры периоды.

Русский

2014-08-29

38 KB

12 чел.

Тема № 4

ФАЗЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ

Чистые металлы обладают низкой прочностью и в ряде случаев не обеспечивают требуемых физико-химических и технологических свойств. Поэтому в технике их применяют редко. Наиболее широко используют сплавы.

Сплавы получают сплавлением или спеканием двух или более металлов или металлов с неметаллом. Вещества, образующие сплавы, называются компонентами.

Сплав может состоять из двух или большего числа компонентов и образовывать одну или несколько фаз.

Фазой называется физически и химически однородная часть системы (металла или сплава), имеющая одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделенная от остальных частей системы поверхностью раздела.

В сплавах в зависимости от физико-химического взаимодействия компонентов могут образовываться следующие фазы: жидкие растворы, твердые растворы, химические соединения.

Твердые растворы

Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого или других компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды).

Твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.

Различают твердые растворы замещения (рис. 9) и твердые растворы внедрения (рис.10). При образовании твердого раствора замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке. Атомы растворенного компонента могут замещать любые атомы растворителя.

При образовании твердого раствора внедрения атомы растворенного компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя. При этом атомы располагаются не в любом междоузлии, а в таких пустотах, где для них имеется больше свободного пространства.

При образовании твердого раствора кристаллическая решетка всегда искажается и периоды ее изменяются. При образовании твердого замещения период решетки может увеличиться или уменьшиться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя и растворенного компонента. В случае твердого раствора внедрения период решетки растворителя всегда возрастает. Атомы растворенного компонента нередко скапливаются у дислокации.

В растворах замещения атомы меньшего размера (по сравнению с атомами металла растворителя) скапливаются в сжатой зоне решетки (рис.11), атомы больших размеров - в растянутой зоне решетки, при образовании твердого раствора внедрения атомы растворенного элемента располагаются в растянутой области под краем экстраплоскости; в области дислокации чужеродным атомам легче размещаться, чем в совершенной области решетки, где они вызывают значительные искажения решетки. Атомы внедрения значительно сильнее связываются с дислокациями, чем атомы замещения, образуя так называемые атмосферы Коттрелла. Образование атмосфер сопровождается уменьшением искажений решетки, что предопределяет их устойчивость. Выход или отрыв атомов из атмосферы Коттрелла требует значительной энергии.

Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью могут образоваться при соблюдении следующих условий:

1. Компоненты должны обладать одинаковыми по типу (изоморфными) кристаллическими решетками. Только в этом случае при изменении концентрации твердого раствора будет возможен непрерывный переход от кристаллической решетки одного компонента к решетке другого компонента.

2. Различие в атомных размерах компонентов должно быть незначительным и не превышать определенной величины— для сплавов на основе меди до 14-15 %, а для сплавов на основе железа до 9 %.

3. Компоненты должны принадлежать к одной и той же группе периодической системы элементов или к смежным родственным группам и в связи с этим обладать близким строением валентной оболочки электронов в атомах.

Твердые растворы внедрения могут возникнуть только в тех случаях, когда диаметр атома растворенного элемента невелик. Поэтому твердые растворы этого типа получаются лишь при растворении в металле (например, в железе, молибдене, хром и т.д.) углерода (атомный радиус 0,77A), азота (0,71 А), водорода (0,46 А), т. е. элементов с малым атомным радиусом. Твердые растворы внедрения могут быть только ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки. Роль этого вида твердого раствора значительна в сталях и чугунах.

Упорядоченные твердые растворы (сверхструктуры). В некоторых сплавах (например, Cu-Au, Fe-Al, Fe-Si, Ni-Mn и др.), образующих при высоких температурах растворы замещения (с неупорядоченным чередованием атомов компонентов), при медленном охлаждении или длительном нагреве при определенных температурах протекает процесс перераспределения атомов, в результате которого атомы компонентов занимают определенные положения в кристаллической решетке.

Такие твердые растворы получили название упорядоченных твердых растворов или сверхструктур. Образование сверхструктуры сопровождается изменением свойств.

Химические соединения

Химические соединения и родственные им по природе фазы в металлических сплавах многообразны. Характерными особенностями химических соединений, образованных по закону нормальной валентности, отличающими их от твердых растворов, являются следующие:

1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. Атомы в решетке химического соединения располагаются упорядоченно, т. е. атомы каждого компонента расположены закономерно и по определенным узлам решетки. Большинство химических соединений имеет сложную кристаллическую структуру.

2. В соединении всегда сохраняется кратное массовое соотношение элементов. Это позволяет выразить их состав простой формулой, где А и В - соответствующие элементы; n и m - простые числа.

3. Свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов.

4. Температура плавления (диссоциации) постоянная. В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

Примером типичных химических соединений с нормальной валентностью являются соединения магния с элементами IV —- VI групп периодической системы и др.

Соединения одних металлов с другими носят общее название интерметаллидов или интерметаллических соединений. Химическая связь между атомами в интерметаллидах чаще металлическая.

Большое число химических соединений, образующихся в металлических сплавах, имеют некоторые особенности, отличающие их от типичных химических соединений: так, некоторые из них не подчиняются законам валентности и не имеют постоянного состава.

Фазы внедрения. Переходные металлы Fe, Mn, Сг, Мо и др. образуют с углеродом, азотом, бором и водородом, т. е. элементами с малым атомным радиусом, такие соединения, как карбиды, нитриды, бориды и гидриды. Они имеют много общего в строении и свойствах; часто их называют фазами внедрения.

Фазы внедрения имеют формулу: M4X(Fe4) , M2x(Fe2N), MX(TiN) и др. Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (Rx) и металла (Rm). Если Rx/Rm < 0.59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) или гексагональной (Г12),в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Фазы внедрения являются фазами переменного состава, а соответствующие им химические формулы обычно характеризуют максимальное содержание в них неметалла. Фазы внедрения обладают высокой электропроводностью, уменьшающейся с повышением температуры, и металлическим блеском. Карбиды, относящиеся к фазам внедрения, плавятся при высокой температуре.

Если условие Rx/R < 0,59 не выполняется, как это наблюдается для кар-бидов железа, марганца и хрома, то образуются соединения с более сложными решетками; такие соединения нельзя считать фазами внедрения.

Электронные соединения. Эти соединения образуются между одновалентными элементами (Си,Ag,Au,Li,Na) или металлами переходных групп (Fe, Mn, Со и др.) и простыми металлами с валентностью от 2 до 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al и др.). Особенно часто электронные соединения встречаются в сплавах Си, Ag или Au.

Соединения этого типа имеют определенное отношение числа валентных электронов к числу атомов, т. е. определенную электронную концентрацию. Так, существуют соединения, у которых это отношение в одних случаях равно 3/2 (1,5); в других 21/13 (1,62), в третьих 7/4 (1,75). Каждому из указанных соотношений соответствуют и определенные типы кристаллической решетки.

Электронные соединения подобно обычным химическим соединениями имеют кристаллическую решетку, отличную от решетки образующих компонентов, но в отличие от химических соединений с нормальной валентностью электронные соединения образуют с компонентами, из которых они состоят, твердые растворы в широком интервале концентраций.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39077. Структура электронной таблицы 45.5 KB
  Другие типы – электронная таблица с результатом анализа график отчет. STимеет возможность работы с таблицами с процентными данными при анализе они заполняются выбранным пользователями столбцом.
39078. Дисперсионный анализ 434 KB
  m и одинаковыми дисперсиями Рассмотрим соотношения общая или полная сумма квадратов отклонений межгрупповая факторная сумма квадратов отклонений внутригрупповая остаточная сумма квадратов отклонений В дисперсионном анализе используются усредненные квадраты отклонений В терминах NOV: эффект ошибка MS эффект MS ошибка. Описание процедуры Fctoril NOV Для запуска программы в верхнем меню Sttistics надо выбрать команду NOV. Появиться два списка: Typeofnlysis вид анализа Onewy NOV однофакторный...
39079. Влияние производственно-технологических факторов на потребность в топливе для автотракторной техники при ремонте магистральных нефтепроводов 4.28 MB
  Анализ современного состояния нефтепроводного транспорта Западной Сибири особенностей организации ремонтовнефтепроводов позволил сформулировать цель исследования:установление закономерностей влияния производственнотехнологических факторов на процесс потребления топлива автотракторной техники задействованной при ремонте магистральных нефтепроводов и разработки на этой основе методик управления запасами топлива и определения рациональной структуры парка топливозаправщиков Объект исследований – процесс формированияпотребности в топливе...
39080. Оболочка Moodle; история создания, спецификация. Процессы в Linux. Идентификаторы процессов 28.16 KB
  Демоны Возможности тестовой системы MOODLE. Среда дистанционного обучения СДО Moodle – это среда дистанционного обучения предназначенная для создания качественных дистанционных курсов. СДО Moodle – постоянно развивающийся проект основанный на теории социального конструктивизма.
39081. Управление процессами. Команды nice, nohup, kill, killall. Оболочка Moodle; архитектура, возможности 28.47 KB
  По мнению большинства исследователей занимающихся проблемами дистанционного обучения под последним следует понимать новую форму обучения базирующуюся на применении широкого спектра традиционных и новых информационных технологий а также технических средств которые используются для доставки учебного материала его самостоятельного изучения диалогового обмена между обучающимися и преподавателями и которая в общем случае некритична к их расположению в пространстве и контакту во времени. Вместе с тем эта новая специфическая форма обучения...
39082. Медиаобразовательная среда в контексте педагогического проектирования. Классификация и краткое описание средств организации электронного обучения 27.65 KB
  Ршгд Во всем многообразии средств организации электронного обучения можно выделить следующие группы: авторские программные продукты uthoring Pckges системы управления контентом Content Mngement Systems CMS системы управления обучением Lerning Mngement Systems LMS системы управления учебным контентом Lerning Content Mngement Systems LCMS Авторские программные продукты uthoring Pckges. Системы управления контентом CMS. Системы управления контентом позволяют создавать каталоги графических звуковых аудио...
39083. Навигация по файловой системе. Работа с файлами и каталогами Linux. Создание папки для хранения данных СДО Moodle 89.91 KB
  С этим можно согласиться но при одном условии – дистанционное обучение должно быть построено с необходимым и достаточным уровнем качества обучения. В сфере образования под качеством обучения подразумевается соответствие знаний и умений выпускников учебного заведения требованиям предъявляемым со стороны рынка труда. Вторая модель управления качеством образования основана на контроле не только знаний обучаемых но и процессов обучения их организации и применяемых средств.
39084. Настройка сети Debian Linux. Серверная структура СДО Moodle 44.99 KB
  Интерфейс СДО Moodle. Серверная структура СДО Moodle. Формы контроля знаний в системе дистанционного обучения Moodle. Система дистанционного обучения Moodle обладает интуитивно понятным интерфейсом.
39085. Понятие инструментальной системы для создания курсов ДОТ, преимущества и классификация. Описание структуры файловой системы Linux 21.75 KB
  Понятие инструментальной системы для создания курсов ДОТ преимущества и классификация. Инструментальные системы для создания курсов ДО ориентированы на пользователей тьюторов разработчиков курсов ДО. Преимущества инструментальных систем: существенно снижается время на разработку курсов; снижаются общие затраты организации на разработку и использование курсов ДО; обеспечивается современный уровень функциональных и коммуникационных возможностей и пользовательского графического интерфейса курсов; исключаются многие ошибки начинающих...