Фазовый состав сплавов

Фазовый состав сплавов

• Класс сплава Термин «Сплав» сейчас имеет более широкое значение, чем в момент его появления. Если раньше промышленные материалы с некоторыми элементами получали преимущественно плавлением, то сейчас многие материалы получены другими технологическими методами, например, порошковой металлургией (прессование твердых частиц и их последующее спекание при высоких температурах), диффузией (проникновение одного вещества в другое твердое тело при высоких температурах).

Его получают плазменным напылением, кристаллизацией из пара в вакууме, электролизом и др. 11 чисто металл или неметалл, и металл и сплав металла или неметалла использованы для фактической индустрии. В сплавах элементы взаимодействуют по-разному, образуя кристаллические фазы различного химического состава, связей и структур. Эти кристаллы можно разделить на 2 основных типа: твердый раствор и 

промежуточная фаза, в зависимости от атомной структуры кристалла. Людмила Фирмаль

Твердым раствором называют Кристалл, в котором 1 кристаллическая решетка одного растворяющего элемента является retained. In на промежуточной стадии формируется кристаллическая решетка нового типа, которая отличается от решетки образующих ее элементов. Поэтому, помимо классификации кристаллов по типу связи, используется классификация по типу кристаллической решетки. Данная классификация позволяет прогнозировать характер изменения свойств сплавов в зависимости от их состава.

Твердый раствор. Такие растворы представляют собой кристаллические фазы с различным составом. Атомы растворенного элемента в находятся в кристаллической решетке растворителя-элемента а, вытесняя атомы из узла решетки или проникая в поры растворителя. gap. In в первом случае кристалл называется замещающим твердым раствором, а во втором-интерстициальным твердым раствором(рис.1.15).Число замещенных атомов, а также число интерстициальных атомов могут варьироваться в широком диапазоне, растворимость твердого раствора изменяется.

• Растворимость не ограничена для твердых тел. 1 фаза представляет собой однородную отдельную часть металла или сплава с одинаковым составом, структурой и свойствами. О! 6.） Рисунок 1.15.Структура атомно-кристаллического твердого раствора (схема）： «- Замещение твердым раствором; б-надежная реализация Ограничивается альтернативными решениями и тем и другим. Твердый раствор обозначается буквами греческого алфавита: a, p, y и др., или A (B), где A-растворитель, А B-растворенный элемент. Твердое альтернативное решение.

Если разница в атомном радиусе не превышает 15%, то атомы растворителя а могут быть заменены атомами растворенного элемента В. Это условие называется размером factor. In твердые растворы, растворенные атомы обычно распределены статистически в решетке растворителя. Вокруг атомов растворенного вещества, происходит локальное искажение пространственной решетки. Эти искажения изменяют характеристики и изменяют средний период решетки. Вследствие растворения элемента, атомный радиус которого меньше атомного

радиуса растворителя, средний период решетки уменьшается, и чем больше радиус, тем больше он увеличивается. Людмила Фирмаль

Образование твердого раствора всегда сопровождается увеличением электрического сопротивления и снижением температурного коэффициента электрического сопротивления. Обычно твердый раствор менее пластичен*и всегда тверже и прочнее, чем чистый металл. 1. исключительный твердый раствор на основе меди. Растворимость элемента в твердом состоянии уменьшается по мере увеличения разности между атомным радиусом и валентностью расплавленного элемента. При образовании замещающих твердых растворов также возможна неограниченная растворимость элементов в твердом состоянии.

То есть о количественном соотношении элементов синтеза, когда все разнородные атомы расположены на участке общей пространственной решетки. Неограниченная растворимость наблюдается, когда размерные факторы и элементы имеют одинаковый тип кристаллической решетки. В сплавах меди и золота, меди и никеля, Германия и кремния неограниченная растворимость в твердом состоянии составляет observed. In полиморфный металл, неограниченная растворимость происходит в пределах 1 изменения пространственной решетки. Например, февраля предоставляет

неограниченные твердые растворы (ОЦК решетка), содержащих хром, и Фэй обеспечивает твердые растворы, содержащие неограниченное серии никеля (ГЦК решетка). Многие твердые замещающие растворы при относительно низких температурах могут находиться в упорядоченном состоянии. То есть вместо статистического распределения неоднородных атомов в узлах пространственной решетки атомы одного металла и другого полностью расположены в определенном порядке. Такой твердый раствор называют упорядоченным. Также используется термин»надстройка». Переход

из неупорядоченного состояния в упорядоченное происходит при определенной температуре или определенном диапазоне температур. Температура твердого раствора p Он совершенно неупорядочен, называется точкой Курнакова и обозначается 9К. обычно упорядочение происходит только тогда, когда твердый раствор медленно охлаждается из диапазона температур, превышающего 9К. Упорядоченные твердые растворы находятся в системах со значительной или неограниченной растворимостью в твердом

теле state. In в этом случае полный порядок возникает при концентрации твердого раствора, что соответствует простому атомному соотношению типа AB или AB3 components. In состав близок к тому, что указано, наблюдается полупорядок. На рисунке показано расположение атомов в упорядоченном твердом растворе 2 медно-золотых сплавов и составов, соответствующих концентрациям AuCu3 и AuCu. 1.16. Появление и исчезновение порядка в расположении атомов твердых растворов сопровождается изменением свойств. Когда вы приказываете, электрическая проводимость, коэффициент температуры электрического

сопротивления, твердость и прочность увеличат. Пластичность сплава составляет reduced. In ферромагнитные сплавы, магнитные свойства изменяются. Например, у пермаллоя (Ма> — никелевый сплав железа и никеля) проницаемость уменьшается в несколько раз за время заказа. Некоторые •о’о’о’о’о’ О, да. Хм… Рис. 1.16.Кристаллическая решетка сплава меди и золота： В нарушений решение 1спальная секунд; б-упорядоченный твердый раствор (состав сплава AuCu); » — приказал жесткий растр (состав сплава AuCu） (Перенаправлено с ) Один. Ф Зет.•• * О Компании J е)

торические сплавы в неупорядоченном состоянии являются парамагнитными, а после упорядочения, например, сплав гадлера (Mn-Cu-Ai) становится ферромагнитным. Твердое решение для развертывания. Такой твердый раствор возникает при легировании переходных металлов неметаллами, имеющими малый атомный радиус-H, K, C, B. Главным условием определения возможности растворения путем инкорпорации является размерный коэффициент. Размер интерстициальных атомов должен быть равен или немного больше размера пор. Растворимость интрузивных твердых растворов всегда ограничена и возникает в основном тогда, когда растворитель

имеет решетку hcp или fcc с порами радиусом 0,41 К. в решетке bcc растворимость из-за включения мала, потому что диаметр пор не превышает 0,29 K. Примером промышленного интрузивного твердого раствора является ВЭД с FCC решеткой, углеродный твердый раствор СЭЗ, который нагревается до 2,14% (по массе) carbon. No, в решетке bcc углерод почти не растворяется. Максимальная растворимость составляет около 0,02% (вес). Искажение решетки,

возникающее при образовании интерстициального твердого раствора, превышает искажение решетки, возникающее при образовании замещающего твердого раствора, поэтому характеристики изменяются сильнее abruptly. By при увеличении концентрации растворенных элементов в твердом растворе заметно повышаются электрическое сопротивление, коэрцитивная сила, твердость и прочность, но заметно снижаются пластичность и вязкость. Для сплавов, содержащих более 3 элементов, один и тот же растворитель может быть растворен как замещением, так

и инкорпорацией. Поэтому при легировании железа марганцем и углем Марганец растворяется путем замещения, а углерод растворяется путем включения в твердый раствор. В заключение следует подчеркнуть, что твердый раствор сохраняет тип кристаллической решетки и связи, следовательно, он является кристаллом по своим свойствам наиболее близким к solvent. In в частности, твердые растворы на металлической основе отличаются отличной технической пластичностью.

Они хорошо деформируются в горячем состоянии, а многие-в холодном. Твердые растворы составляют основу большинства промышленных конструкционных сплавов и специальных сплавов. Промежуточная фаза. Кристаллы со своим видом кристаллической решетки, которые образованы различными элементами и отличаются от решетки

составляющих элементов, называются мезофазами. В зависимости от свойств элементов промежуточной фазы могут существовать всевозможные связи. Связывание сначала определяет свойства кристалла, особенно его электрические свойства (см. раздел 17.1). Расположение атомов (или ионов) в решетке может быть неупорядоченным, или может быть полностью или частично ordered. As в случае твердых растворов упорядочение вызывает резкое изменение свойств-появление сверхпроводимости. Промежуточной фазой, такой как твердый раствор, является кристалл, состав которого изменяется в определенном диапазоне концентраций, а в некоторых

случаях он очень мал. Переменного состава объясняется наличием мелких межподрешеточное»лишних»атомов (или ионов) в кристаллической решетке промежуточной фазы или отсутствие атома в узле кристаллической решетки(рис. 1.17). Промежуточная стадия, подобно твердому раствору, обозначается буквами греческого алфавита. Однако допускается химическое обозначение. ns формула, в которую заключен состав (стехиометрия), в котором кристалл имеет дефекты-интерстициальные атомы и вакансии. Рис. 1.17.Кристаллическая решетка ГСО с недостатком металла Ионный. На сегодняшний день нет полной классификации большого

количества разнообразных промежуточных стадий. Отметим, что структура промежуточной фазы зависит от 3 факторов: относительного размера атомов, валентности и положения в периодической системе элемента, определяющего электронную структуру. Система не заглохнет-м ларьке. Участок с ионным скреплением любимчика. К ним относятся простые оксиды металлов и двойные оксиды металлов. Простой оксид железа FeO имеет пространственную решетку плоского сердца (см. Рисунок 1.14).Все кислородные узлы решетки заполнены, но некоторые металлические

узлы свободны. Таким образом, оксиды FeO имеют структуру с большим дефицитом ионов металлов, что определяет появление полупроводниковых свойств(см. раздел 17.2). Оксид железа E3O4 представляет собой двойной оксид FeO x Fe2O3 (рис. 1.18).Кристаллическая решетка оксидов шпинели содержит ионы двухвалентного и трехвалентного железа, которые находятся в зазоре ионов кислорода.

Сочетание двух типов ионов железа и ионного типа придает оксиду особое магнитное свойство в высокочастотном поле. Несмотря на незначительный недостаток ионов железа, высокая плотность упаковки ионов в решетке способствует их высокой стойкости к химической коррозии. Фаза ионного ковалентного типа. Такие этапы формируются взаимодействием Металлы I-Iff группы и неметаллы подгруппы B V-VI

группы (например, некоторые сульфиды и фосфиды, ZnS и A IP).Эти фазы имеют полупроводниковые характеристики. Фаза со связью металлического типа. При взаимодействии переходного металла с C, N, B и N образуется фаза, в которой доминирует связь металлического типа. Эти фазы называются карбидами, нитридами и боридами соответственно. Я идрилами. Кристаллическая структура этих соединений зависит от относительного размера неметаллических атомов L | 1M и атомов металла Lm.

При соотношении<0,59 образуется Промежуточная фаза с простой пространственной решеткой, в которой неметаллические атомы расположены в порах. Эти промежуточные стадии называются стадиями впрыска. Если коэффициент больше 0,59.А потом атомы. При размещении в порах неметаллического нанокомпозита в элементарной ячейке образуется

сложная пространственная решетка со многими атомами. Этапы проведения implementation. In эти фазы имеют кристаллическую решетку, свойственную чистым metals. In во многих случаях это компактные fcc и hcp ratis. In тип решетки, решетка ns совпадает с типом решетки металла, который образует интерстициальную фазу (за исключением некоторых гидридов).Атомы металла в интерстициальной фазе находятся в узле решетки, а атомы неметалла равномерно распределены в октаэдрах или тетраэдрических порах решетки. Тетраэдрические поры малы, поэтому они могут содержать только атомы водорода. Химический

состав интрузивной фазы определяется по формуле: MeX, Me2X, Me4X и о.） Рисунок 1.18. Кристаллическая решетка Fe3O4: a-массив ионов кислорода. 6.Ионы × — Meiaa-Lich в тетраэдрических и октаэдрических порах MxX4, Me-металл, X-неметалл. Однако это фазы с переменным составом, в которых число неметаллических атомов отличается от стехиометрического состава. Следующими карбидами являются TiF, MbX, WC, MoC, VC. Вольфрам и молибден также образуют интерстициальные фазы типа mc2x Mo2C и W2C. Примером фазы введения типа Mc4X является нитрил железа Fc4N, а фазой типа MeX4 является гидрид циркония Le Zrli4. В карбиде ТИК, фактическое

содержание углерода в порах зазора меняет между 38-50 Ат.% Очевидно, только на 50.В% состав углерода в карбиды с высокой точностью описывается формулой ТИЦ. Показано, что в интерстициальных фазах металлические связи преобладают при определении свойств этих фаз, таких как высокая электропроводность и положительный коэффициент электрического сопротивления, как в чистых металлах, так и в твердых растворах на их основе. Некоторые интерстициальные фазы обладают сверхпроводимостью. Однако есть свойства, которые показывают

большую долю на стадии введения ковалентной связи. Большинство вторгающихся фаз обладают высокой тугоплавкостью и твердостью, близкой к твердости алмаза. Этап установки самый тугоплавкий и самый твердый промежуточный этап. Карбиды и нитриды, относящиеся к интрузивной фазе, присутствуют в конструкционных стальных конструкциях многих антикоррозионных, износостойких и термостойких. Карбид TiC, TaC, WC, обслуживание W2C!

Основа спеченного твердого сплава для режущего инструмента. С помощью такого сплава можно было увеличить скорость резания в 10 раз(см. Главу 18). Соотношение KNM / Yam> 0,59 карбиды включают глиальные карбиды (называемые цементитами в стали), карбид марганца и карбид хрома (например, отношение Rc / Rte = 0,605 в карбиде железа).Карбид железа Fe3C и карбид хрома Cr23C6 и Cr7C3

являются наиболее важными промежуточными фазами для конструкционных и инструментальных сталей, но их свойства значительно influenced. In в последних карбидах имеется определенная доля ковалентных связей, но преобладают металлические связи. Эти промежуточные фазы характеризуются высокой твердостью и хрупкостью, а также、Они несговорчивы, но уступают Характер карбида быть этапом проникания.

Система заполнена l l-met a l. при плавлении металлов может образовываться промежуточная фаза со связью металлического типа. К ним относятся электронная фаза, благоприятный тюк и фаза С. Электронная фаза. Это фазы переменной configuration. As как можно больше! Более высокое содержание валентных металлов характеризуется совершенно четким значением концентраций электронов 3/2, 21/13,

7/4, то есть отношением числа валентных электронов к числу атомов. Фазы с указанными значениями электронной концентрации обычно обозначаются соответственно p-фазой, y-фазой и c-фазой. Указанная концентрация электронов обусловлена соответствующей химической формулой. Например, в медно-цинковом сплаве, в котором Moiyr образует массу фазы при заданной концентрации, такими уравнениями являются CuZn, Cu, ZnB, CuZn3 соответственно. В большинстве сплавов, есть решетки ОЦК Р-фазы и γ-фазы есть сложную кубическую решетку с 52 атомами в элементарной решетке, и в C-фазе есть решетки ГПУ. Свойства электронного соединения,

особенно его механические свойства, во многом зависят от степени упорядоченности атомного расположения компонентов в кристаллической решетке электронного соединения. Поэтому Р-фазы с ОЦК решеткой во всех системах с высокой температурой не являются регулярными, в этом состоянии их свойства близки к характеристикам твердого раствора, то есть они не отличаются высокой твердостью и обладают хорошими ductility. At низкие температуры, неупорядоченная Р-фаза неустойчива.

Они разлагаются на 2-фазные смеси или упорядочиваются, например, в системе Cu-Zn. Упорядоченная P’фаза гораздо более нестабильна и хрупка, y-фаза почти всегда упорядочена, и до точки плавления она хрупка во всех системах. Фазы всегда представляют собой беспорядочную структуру. Электронные соединения присутствуют в структуре многих сплавов на основе меди. Латунь (Ку-ЗН), бронза (Ку-Ал, Ку-СН, ЕТК.).Они являются фазой усиления (см. раздел 9.4). Фаза лавеса. Эти промежуточные фазы почти постоянного состава AB2 образуются при взаимодействии металлов Различные группы периодической

таблицы элементов. Их формирование определяется размерным коэффициентом. Атомный радиус элемента B на 20-30% меньше атомного радиуса элемента A. Фаза Lovess представляет собой сложный куб или шестиугольную сетку. up. In магнитное поле, оно ведет себя как диамагнитное вещество. Линяющая фаза, образованная переходными металлами (NbFe2, MoFe2, TiFej, TiCrJ), присутствует в структуре некоторых жаропрочных сплавов и способствует их упрочнению (см. раздел 14.3). Сигма фаза. Эти фазы переменного состава образуются при плавлении переходных металлов вблизи атомных размеров. в o-фазе имеется сложная решетка, частично упорядоченная. В сплавах железа, содержащих более 20% Cr, которые

используются в качестве коррозионно-стойких конструкционных материалов, кристаллы с-фазы образуются за счет очень медленного охлаждения из области твердого раствора или изотермической выдержки при 800-600°C, что приводит к резкому повышению твердости и хрупкости.

Смотрите также:

Материаловедение — решение задач с примерами

Дефекты кристаллов	Элементы кристаллографии
Диффузия в металлах и сплавах	Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов