Лекція Загальна теорія сплавів. Будова, кристалізація й властивості сплавів. Діаграма стану. Поняття про сплави й методи їхнього одержання
Під сплавом розуміють речовина, отримана сплавкою двох або більше елементів. Можливі інші способи готування сплавів: спікання, електроліз, сублімація. У цьому випадку речовини називаються псевдосплавами.
Сплав, приготовлений переважно з металевих елементів, що володіє металевими властивостями, називається металевим сплавом. Сплави мають більше різноманітний комплекс властивостей, які змінюються залежно від сполуки й методу обробки.
Основні поняття в теорії сплавів.
Система – група тіл виділюваних для спостереження й вивчення.
У металознавстві системами є метали й металеві сплави. Чистий метал є простою однокомпонентною системою, сплав - складною системою, що складається із двох і більше компонентів.
Компоненти – речовини, що утворять систему. Як компоненти виступають чисті речовини й хімічні сполуки, якщо вони не дисоціюють на складові частини в досліджуваному інтервалі температур.
Фаза – однорідна частина системи, відділена від інших частин системи поверхневого розділу, при переході через яку структура й властивості різко міняються.
Варіантність (C) (число ступенів волі) – це число внутрішніх і зовнішніх факторів (температура, тиск, концентрація), які можна змінювати без зміни кількості фаз у системі.
Якщо варіантність C = 1 (моноваріантна система), то можливо зміну одного з факторів у деяких межах, без зміни числа фаз.
Якщо варіантність C = 0 (нон варіантна система), то зовнішні фактори змінювати не можна без зміни числа фаз в системі
Існує математичний зв'язок між числом компонентів (ДО), числом фаз (Ф) і варіантністю системи ( З ). Це правило фаз або закон Гиббса
Якщо прийняти, що всі перетворення відбуваються при постійному тиску, то число змінних зменшиться
де: З - число ступенів волі, ДО - число компонентів, Ф - число фаз, 1 - ураховує можливість зміни температури.
Особливості будови, кристалізації й властивостей сплавів: механічних сумішей, твердих розчинів, хімічних сполук
Будова металевого сплаву залежить від того, у які взаємодії вступають компоненти, що становлять сплав. Майже всі метали в рідкому стані розчиняються друг у другу в будь-яких співвідношеннях. При утворенні сплавів у процесі їхньому затвердінні можливо різна взаємодія компонентів.
Залежно від характеру взаємодії компонентів розрізняють сплави:
механічні суміші;
хімічні сполуки;
тверді розчини.
Сплави механічні суміші утворяться, коли компоненти не здатні до взаємного розчинення у твердому стані й не вступають у хімічну реакцію з утворенням сполуки.
Утворяться між елементами значно різняться по будові й властивостям, коли сила взаємодії між однорідними атомами більше чим між різнорідними. Сплав складається із кристалів вхідних у нього компонентів (мал. 4.1). У сплавах зберігаються кристалічні решітки компонентів.
Схема мікроструктури механічної суміші
Сплави хімічні сполуки утворяться між елементами, що значно різняться по будові й властивостям, якщо сила взаємодії між різнорідними атомами більше, ніж між однорідними.
Особливості цих сплавів:
Сталість сполуки, тобто сплав утвориться при певному співвідношенні компонентів, хімічна сполука позначається Аn Вm
Утвориться специфічна, що відрізняється від решіток елементів, що становлять хімічна сполука, кристалічна решітка із правильним упорядкованим розташуванням атомів (мал. 4.2)
Яскраво виражені індивідуальні властивості
Сталість температури кристалізації, як у чистих компонентів
Кристалічна решітка хімічної сполуки
Сплави тверді розчини – це тверді фази, у яких співвідношення між компонентів можуть змінюватися. Є кристалічними речовинами.
Характерною рисою твердих розчинів є:наявність у їхній кристалічній решітці різнорідних атомів, при збереженні типу решітки розчинника.
Твердий розчин складається з однорідних зерен.
Схема мікроструктури твердого розчину