Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов

Строение металлического сплава зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевания возможно различное взаимодействие компонентов.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы:

1) механические смеси;

2) химические соединения;

3) твердые растворы.

1. Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия между однородными атомами больше, чем между разнородными. Сплав состоит из кристаллов входящих в него компонентов (рис.2.1), при этом в сплавах сохраняются кристаллические решетки компонентов. В механической смеси каждый из компонентов сохраняет свои специфические свойства.

Рис. 2.1. Схема микроструктуры механической смеси

Механические смеси образуются путем срастания кристаллитов между собой при кристаллизации и называются соответственно:

эвтектика или перитектика — при образовании в раздельной первичной кристаллизации;

эвтектоид или перитектоид — при образовании во вторичной кристаллизации.

Эвтектика, эвтектоид, перитектика и перитектоид возникают при соответствующих фазовых превращениях.

Эвтектическим превращением в сплавах называется такое, при котором происходит одновременная кристаллизация двух фаз при постоянной и самой низкой для данной системы сплавов температуре первичной кристаллизации, а эвтектоидное превращение соответству­ет аналогичному процессу при вторичной кристаллизации.

Эвтектика представляет собой равномерно чередующиеся пла­стинки структурных компонентов, образованных из двух или более фаз. Иногда фазы в эвтектике непрерывно разветвлены друг в друге. В эвтектике могут присутствовать также обособленные кристаллы твердых растворов или химических соединений.

Структуры эвтектики и эвтектоида схожи, но эвтектоиды яв­ляются более дисперсными структурными составляющими, так как образуются при распаде твердого раствора в процессе вторичной кристаллизации, когда процессы диффузии протекают более медленно.

При перитектическом превращении в сплавах, в отличие от эвтектического, кристаллизуются одновременно не две фазы, а только одна, образующаяся за счет ранее выделившейся твердой фазы и жидкой части сплава определенного состава. Выявление структуры перитектики затруднено, как правило, тем, что перитектическое пре­вращение в условиях охлаждения сплавов технических металлов обычно не протекает до конца.

2. Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.

Особенности этих сплавов:

· постоянство состава, то есть сплав образуется при определенном соотношении компонентов, химическое соединение обозначается A_nВ_m4;

· образуется специфическая кристаллическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов, отличающаяся от решеток элементов, составляющих химическое соединение (рис. 2.2);

· ярко выраженные индивидуальные свойства;

· постоянство температуры кристаллизации, как у чистых компонентов.

Рис. 2.2. Кристаллическая решетка химического соединения

2. Сплавы твердые растворы − это сплавы, однофазные в твердом состоянии, в которых соотношения между компонентами могут изменяться и один из компонентов (растворитель) сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого компонента (или других) располагаются в решетке этого компонента, изменяя ее размеры (периоды решетки). Они являются кристаллическими веществами и состоят из однородных зерен (рис. 2.3).