Основные сведения о теории сплавов

Соединение двух и более компонентов, у которых сохраняются металлические свойства - называются сплавами.

Помимо сплавления сплавы получают спеканием, электролизом и др. В жидком состоянии сплавляемые элементы полностью растворяются друг в друге.

В процессе кристаллизации могут получиться следующие сплавы:

1) Твердые растворы - это сплавы, которые при кристаллизации сохраняют однородность распределения одного элемента в другом. Структура твердого раствора представляет собой однородные одинаковые зерна и похожи на структуру чистого металла. При образовании твердых растворов свойства сплавов зависят от концентрации и разницы в размерах атома. Свойства изменяются плавно и отличаются от свойств элементов, из которых они состоят большей твердостью и большей прочностью.

2) Химическое соединение - это соединение, способное образовывать новые кристаллические свойства.  Сплавы - химические соединения, однородные и образуются только при строго определенном массовом соотношении компонентов, как всякое химическое соединение.

3) Механическая смесь - получается в том случае, когда входящие в состав смеси компоненты полностью не растворяются друг в друге, и образуют кристаллические зерна отдельно каждого компонента. Свойства получаются средними между свойствами образующих компонентов.

Твердые растворы

Это фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого компонента (растворителя) изменяют ее размеры. Таким образом. твердый раствор состоит из 2 или нескольких компонентов, имеет 1 тип решетки и составляют одну фазу.

Существуют твердые растворы внедрения и замещения.

При образовании твердых растворов замещения атомы растворимого элемента замещают часть атомов растворителя в узлах кристаллической решетки.

Атомы растворенного элемента могут замещать атомы растворителя любые, но взаимное расположение всех атомов, как правило, является неупорядоченным. При образовании твердых растворов внедрения атомы растворенного компонента располагаются между узлов кристаллической решетки растворителя, т.к. и электронное строение и размеры атомов растворителя и растворимого компонента различны, то при образовании твердого раствора кристаллическая решетка всегда искажается, и периоды ее изменяются (рисунок 28).

При образовании твердого раствора замещения период решетки может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от соотношения атомов радиуса растворителя и растворенного компонента, в случае твердого раствора внедрения период решетки растворителя всегда возрастает.

Все металлы могут в той или иной степени растворяться один в другом в твердом состоянии (например, в Al может растворяться до 5,5% меди).

В тех случаях, когда компоненты могут замещать один другого в кристаллической решетке в любых количественных соотношениях, образуется непрерывный ряд твердых растворов.

Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью могут образовываться при соблюдении следующих условий:

1) Компоненты должны обладать одинаковыми по типу кристаллическими решетками .

2) Различия в атомных размерах компонентов должны быть незначительными (9-15%).

3) Компоненты должны принадлежать к одной и той же группе периодической системы элементов или к смежным, родственным группам.

Неограниченно растворяются в твердом состоянии следующие металлы с КГЦ : Ag, Au, Ni, Си, Mo, Wr, V, Ti ; такие металлы, как Na, Ca, К, РЬ и другие имеющие большой атомный диаметр нерастворимы в меди, серебре и гамма - железе.

Твердые растворы внедрения могут быть только ограниченной концентрации, поскольку число атомов в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки. Твердые растворы внедрения значительны в сталях и чугунах.