Строение сплавов

Под сплавом подразумевается вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны и другие способы приготовления сплавов — спекание, электролиз, возгонка (в этом случае вещества иногда называют псевдосплавами), но наиболее распространенным является производство сплавов путем сплавления разных веществ.

Компоненты сплава – это химические элементы, из которых состоит сплав. Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами: называется металлическим сплавом.

Сплавы характеризуются химическим составом. Химический состав сплава указывает на количественное соотношение компонентов, из которых состоит сплав. Он измеряется в массовых процентах (%) или атомных процентах (ат.). Например, сплав нихром состоит из 80 % никеля и 20 % хрома. Содержание (концентрация) – это количество компонента, содержащегося в сплаве.

Понятие «состава» и «содержание» относятся также к отдельным фазам и структурным составляющим.

Фаза – однородная по химическому составу и физическим свойствам часть термодинамической системы, отделенную от иных фаз, имеющих иные свойства, границами раздела. В качестве фазовых составляющих сплава могут выступать кристаллы чистых компонентов, твердых растворов или химических соединений, образующихся тогда, когда компоненты сплава вступают между собой в химическое взаимодействие.

Сплавы могут быть однофазными и многофазными. Однофазный металлический сплав обычно представляет собой поликристалл, состоящий из однородных по химическому составу и физическим свойствам кристаллитов, отделенных друг от друга границей зерен. Структура однофазного металлического сплава после выявления границ зерен методом химического травления, приведена на рис. 1а.

Многофазный сплав, состоящий из двух и более фаз, называется механической смесью. Пример структуры металлического сплава, состоящего из двух фаз А и В, после химического травления приведен на рис. 1б.

Число возможных фаз f существующих в сплаве в условиях термодинамического равновесия и при постоянном давлении определяется правилом фаз Гиббса:

f £ k + 1,

где k – число компонентов сплава.

Максимальное число фаз в сплаве возможно только при определенной температуре. Так для однокомпонентного слава существование двух фаз – твердой и жидкой одновременно возможно только постоянной температуре плавления (затвердевания). Аналогично – для двухкомпонентного сплава одновременно в фазовом равновесии могут существовать не более трех фаз.

Существование двух фаз для двухкомпонентного сплава возможно уже в интервале температур. Поэтому однокомпонентные сплавы в твердом состоянии – всегда однофазные системы. Двухкомпонентные сплавы в твердом состоянии могут иметь структуру механической смеси.

Кроме фазового состава сплав также принято характеризуется структурными составляющими. Структурная составляющая – это участок наблюдаемой структуры объекта, однообразно повторяющийся во всех частях объекта. Примером структурной составляющей являются, например, эвтектика в эвтектических сплавах. Эвтектика представляет собой особую фазовую смесь, состоящую из чередующихся в пространстве пластинчатых фаз. В металлографическом анализе структурная составляющая играет существенную роль, поскольку ее образование в сплаве является следствием определенного фазового превращения.