4.1.2. Химические соединения

Химические соединения – фазы, которые имеют свою кристаллическую решетку, отличающуюся от решеток компонентов. Это определяет резкое отличие свойств соединений от свойств образующих его компонентов. Для химических соединений характерны высокая твёрдость, хрупкость, высокая температура плавления и др.

Валентные соединения имеют постоянный состав, соответствующий законам нормальной валентности. Это могут быть соединения между металлами (интерметаллиды), а также соединения металлов с неметаллами: MgS, Al2O3, Ni3Ti, и др.

Фазы внедрения образуют переходные металлы с неметаллами малого атомного радиуса (Rнм/Rм<0,59), например, карбиды и нитриды: Mo2C, TiC, Fe4N, VN и др. Фазы внедрения отличаются от твёрдых растворов внедрения более высокой концентрацией неметалла и простой кристаллической решёткой типа К8, К12, Г12. Фазы внедрения тугоплавки и обладают высокой твёрдостью. Их используют в легированных сталях и сплавах для упрочнения.

Электронные соединения – это химические соединения с определённой электронной концентрацией, т.е. отношением числа валентных электронов к числу атомов. Наиболее распространены соединения с электронной концентрацией 3/2: СuZn, CuBe; 7/4: CuSn3 и 21/13: Cu5Zn8 и др. Их используют как упрочняющие фазы в сплавах меди.

4.2. Диаграммы фазового равновесия (диаграммы состояния)

Фазовое состояние сплавов зависит от концентрации компонентов и температуры, при которой находится сплав. Для изучения фазового состояния сплавов пользуются диаграммами фазового равновесия (диаграммами состояния), которые строятся в координатах «температура–концентрация компонентов». Линии диаграммы показывают температуры фазовых превращений, области диаграммы – фазовый состав сплавов в условиях равновесия. Ниже рассмотрены основные типовые диаграммы состояния, характерные для металлических сплавов.

4.2.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твёрдом состоянии

На рис.16 показана диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Такой тип диаграммы соответствует сплавам Cu-Ni, Ag-Au и др. В таких сплавах при охлаждении происходит только одно фазовое превращение – кристаллизация.

Рис.16. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии

Кристаллизация сплавов начинается при температурах tН, образующих линию ликвидус. Выше этой линии все сплавы находятся в жидком состоянии. Кристаллизация чистых компонентов А и В идет при постоянных температурах (tA и tB соответственно), тогда как кристаллизация твердых растворов – в интервале температур (tН-tК). Окончанию кристаллизации соответствуют температуры tК - линия солидус. Ниже этой линии все сплавы находятся в твердом состоянии, в виде α-твёрдого раствора. В области между линиями ликвидус и солидус находятся в равновесии две фазы: жидкий раствор и α-твердый раствор.

Диаграммы состояния позволяют определить структуру сплавов после завершения всех фазовых превращений при охлаждении. В данном случае структура любого сплава после охлаждения представляет собой зерна a-твердого раствора (рис. 16).