Фазовый состав сплавов.
В сплавах элементы могут различно взаимодействовать между собой, образуя различные по химическому составу, типу связи и строению кристаллических фаз. Эти кристаллы в зависимости от атомно-кристаллической структуры принято делить на два основных вида:
твёрдые растворы;
промежуточные фазы
Твёрдыми растворами называют кристаллы, в которых сохраняется кристаллическая решётка одного элемента растворителя.
Рис.1.22 Шкала размеров зерна, X 100 (ГОСТ 5639-82)
Такие растворы являются кристаллическими фазами переменного состава. Они могут быть неограниченной растворимости для твёрдых растворов замещения и ограниченной растворимости для твёрдых растворов замещения и внедрения.
Твёрдые растворы замещения (рис.1.23).
Твёрдые растворы внедрения (рис.1.24). Такие твёрдые растворы возникают при сплавлении переходных металлов с неметаллами, имеющими малый атомный радиус – Н, N, С, В.
Твёрдые растворы внедрения всегда имеют ограниченную растворимость и встречаются преимущественно тогда, когда растворитель имеет ГПУ или ГЦК решётки.
Заключение: твёрдые растворы составляют основу большинства промышленных конструкционных сплавов и сплавов специального назначения. Они отличаются хорошей технологической пластичностью: хорошо деформируются в горячем состоянии, а многие и в холодном состоянии.
Рис.1.23 Твёрдые растворы замещения
Промежуточные фазы.
Промежуточной фазой называют – кристаллы, образованные различными элементами и имеющие собственный тип кристаллической решётки, отличающийся от решёток составляющих их элементов.
Промежуточные фазы обозначают так же, как и твёрдые растворы, буквами греческого алфавита.
К этим фазам относят и химические соединения (рис.1.25). Они имеют следующие особенности:
состав, который может быть выражен простой формулой АnBm, где А и В – соответствующие элементы, а n и m – целые числа;
кристаллическую решётку, отличную от кристаллических решёток элементов, образующих соединения;
свойства, резко отличающихся от свойств образующих соединения элементов;
постоянную температуру кристаллизации, как и у чистых металлов.
Рис.1.24 Твёрдые растворы внедрения
Рис.1.25 Кристаллическая решётка цементита (карбид железа)
Диффузия в металлах и сплавах.
Диффузия – перенос разнородных атомов, который сопровождается изменением концентрации компонентов в отдельных зонах сплава.
Самодиффузии – переход атомов металла из узла кристаллической решётки в соседний или межузлие под действием теплового возбуждения.
Механизмы диффузии (самодиффузии) (рис.1.26)
Рис.1.26 Диффузия в металлах
Жидкие кристаллы
Жидкие кристаллы – это жидкости с упорядоченной молекулярной структурой (в основном органические вещества, у которых молекулы имеют удлинённую форму).
Жидкие кристаллы текучи, как обычные жидкости, но в то же время обладают анизотропией свойств, как кристаллы (рис.1.27)
При переходе из-за усилившихся тепловых колебаний упорядоченная молекулярная структура полностью исчезает, увеличивается прозрачность вещества, и поэтому верхнюю температурную точку существования жидкого кристалла часто называют точкой просветления.
По структуре жидкие кристаллы разделяют на три класса:
нематические – молекулы выстроены в цепочки;
смектические – молекулы образуют параллельные слои;
холестерические – молекулы размещаются по пространственной спирали.
На основе жидких кристаллов изготовляют медицинские термометры для контроля перегрева узлов и деталей, преобразователи невидимого инфракрасного излучения в видимый свет. В последнем случае поглощение инфракрасного излучения нагревает жидкий кристалл так, что изменяется окраска отражённого света. Жидкие кристаллы применяют в модуляторах, системах отображения информации – калькуляторах, ручных часах, измерительных приборах автомобилей, устройствах для отклонения светового потока и др.
Холестерическая фаза
Рис.1.27 Текстуры жидких кристаллов
Структура полимеров, стекла и керамики.
Полимерами – называют вещества с большой молекулярной массой, у которых молекулы состоят из одинаковых групп атомов – звеньев (мономера) (рис.1.28, 1.29). В зависимости от характера связей между линейными молекулами полимеры разделяют:
термопластичные;
термореактивные.
Термопластичные полимеры, способны многократно размягчатся при нагреве, и твердеть при охлаждении без изменения своих свойств.
Термореактивные полимеры при нагреве остаются твёрдыми вплоть до полного термического разложения.
Полимеры по структуре макромолекулы.
Термопласты: Реактопласты
линейные разветвлённые (аморфные структуры)
Рис.1.28 Структура полимеров
Керамикой называют материалы, полученные при высокотемпературном спекании минеральных порошков (рис.1.30). Характерной особенностью керамических материалов является хрупкость.
Ситаллы или стеклокристаллические материалы получают из стёкол специального состава при помощи контролируемой кристаллизации.
Фотоситаллы применяют как фоточувствительные материалы.
Термоситаллы имеют универсальное применение: как износостойкие материалы используются для деталей гидромашин, узлов трения, защитных эмалей; как прочные стабильные диэлектрики - для радиодеталей, плат и т.п. (рис.1.31).
Стекло представляет собой аморфное вещество, образующееся при сплавлении оксидов или без оксидных соединений. Основу стекла образует объёмная сетка из однородных структурных элементов. Структура аморфного стекла возникает при охлаждении стеклянной массы, когда повышение её вязкости препятствует кристаллизации (рис.1.32).
Рис.1.29 Получение изделий из термопластичных полимеров
Рис.1.30 Детали из керамики
Рис.1.31 Детали из стеклокристаллических материалов
Рис.1.32 Мебель из стекла