Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния.

План 1.Понятие о сплавах и методах их получения 2.Основные понятия в теории сплавов. 3.Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений 4.Классификация сплавов твердых растворов. 5.Кристаллизация сплавов. 6.Диаграмма состояния.

Понятие о сплавах и методах их получения Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Способы приготовления сплавов: спекания, электролиз, возгонка. В этом случае вещества называются псевдосплавами. Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы обладают более разнообразным комплексом свойств, которые изменяются в зависимости от состава и метода обработки.

Основные понятия в теории сплавов. Система – группа тел выделяемых для наблюдения и изучения. В металловедении системами являются металлы и металлические сплавы. Чистый металл является простой однокомпонентной системой, сплав – сложной системой, состоящей из двух и более компонентов. Компоненты – вещества, образующие систему. В качестве компонентов выступают чистые вещества и химические соединения, если они не диссоциируют на составные части в исследуемом интервале температур. Фаза – однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностного раздела, при переходе через которую структура и свойства резко меняются. Вариантность (C) (число степеней свободы) – это число внутренних и внешних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения количества фаз в системе.

Основные понятия в теории сплавов. Существует математическая связь между числом компонентов (К), числом фаз (Ф) и вариантностью системы ( С ). Это правило фаз или закон Гиббса

Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений При образовании сплавов в процессе их затвердевании возможно различное взаимодействие компонентов. В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы: механические смеси; химические соединения; твердые растворы.

Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений Сплавы механические смеси образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.

Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений Сплавы химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.

Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений Особенности этих сплавов: Постоянство состава, то есть сплав образуется при определенном соотношении компонентов, химическое соединение обозначается А n В m Образуется специфическая, отличающаяся от решеток элементов, составляющих химическое соединение, кристаллическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов Ярко выраженные индивидуальные свойства Постоянство температуры кристаллизации, как у чистых компонентов

Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений Сплавы твердые растворы – это твердые фазы, в которых соотношения между компонентов могут изменяться. Являются кристаллическими веществами. Характерной особенностью твердых растворов является: наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя. Твердый раствор состоит из однородных зерен

Классификация сплавов твердых растворов. По степеням растворимости компонентов различают твердые растворы: с неограниченной растворимостью компонентов; с ограниченной растворимостью компонентов.

Классификация сплавов твердых растворов. Для образования растворов с неограниченной растворимостью необходимы: – изоморфность (однотипность) кристаллических решеток компонентов; – близость атомных радиусов компонентов, которые не должны отличаться более чем на 8…13 %. – близость физико-химических свойств подобных по строение валентных оболочек атомов.

Классификация сплавов твердых растворов. При ограниченной растворимости компонентов возможна концентрация растворенного вещества до определенного предела, При дальнейшем увеличении концентрации однородный твердый раствор распадается с образованием двухфазной смеси.

Классификация сплавов твердых растворов. По характеру распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы: замещения; внедрения; вычитания.

Классификация сплавов твердых растворов. При образовании растворов замещения периоды решетки изменяются в зависимости от разности атомных диаметров растворенного элемента и растворителя Твердые растворы внедрения образуются внедрением атомов растворенного компонента в поры кристаллической решетки растворителя Твердые растворы вычитания или растворы с дефектной решеткой. образуются на базе химических соединений, при этом возможна не только замена одних атомов в узлах кристаллической решетки другими, но и образование пустых, не занятых атомами, узлов в решетке.

Кристаллизация сплавов. В сплавах в твердых состояниях, имеют место процессы перекристаллизации, обусловленные аллотропическими превращениями компонентов сплава, распадом твердых растворов, выделением из твердых растворов вторичных фаз, когда растворимость компонентов в твердом состоянии меняется с изменением температуры. При перекристаллизации в твердом состоянии образуются центры кристаллизации и происходит их рост. Процессы кристаллизации сплавов изучаются по диаграммам состояния.

Диаграмма состояния. Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния любого сплава изучаемой системы в зависимости от концентрации и температуры

Диаграмма состояния. Диаграммы состояния показывают устойчивые состояния, т.е. состояния, которые при данных условиях обладают минимумом свободной энергии, и поэтому ее также называют диаграммой равновесия, так как она показывает, какие при данных условиях существуют равновесные фазы.

Диаграмма состояния. Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называют критическими точками. Некоторые критические точки имеют названия, например, точки отвечающие началу кристаллизации называют точками ликвидус, а концу кристаллизации – точками солидус.