Строение сплавов. Твердые растворы и промежуточные фазы

Свойства сплавов, у которых  твердые растворы имеются лишь в  ограниченных областях концентрации, подчиняются точно тем же законам, что и свойства непрерывных рядов  твердых растворов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Промежуточные  фазы

Промежуточные фазы – твердые  фазы, которые образуются в интервале  концентраций между граничными твердыми растворами на основе компонентов. От граничных растворов на диаграмме  состояния промежуточные фазы всегда отделены двухфазными областями.

Промежуточные фазы переменного  состава – это фазы, имеющие  сравнительно широкие области гомогенности. Могут представлять собой твердые  растворы на базе определенных химических соединений или растворы на базе несуществующих полиморфных модификаций одного из компонентов, которые оказываются  устойчивыми из-за концентрационного  полиморфного превращения.

Промежуточные фазы постоянного состава  – это определенные химические соединения компонентов, для которых характерны очень узкие (практически отсутствующие) области гомогенности. На диаграмме  состояния эти области изображаются вертикальными прямыми (ординатами).

Промежуточные фазы образуются при взаимодействии компонентов  в сплавах. Они представляют собой  кристаллические фазы, и при образовании  промежуточных фаз возникает  общая кристаллическая решётка. Однако промежуточные фазы отличаются от кристаллических решёток образующих её компонентов. В зависимости от природы элементов, образующих промежуточные  связи, в них может быть тип  связи. Структура промежуточных  фаз зависит от 3 факторов:

1) от относительности  размера атомов;

2) от валентности компонентов; 

3) от положения электронов  в периодической системе химических  элементов. 

В системах, образованных металлов и неметаллов, возможны фазы с ионным типом связи. К фазам с ионным типом связи относятся оксиды:  промежуточные фазы с металлическим типом связи образуется при взаимодействии переходных металлов с неметаллов, имеющими малые атомные размеры. При этом образуется новая кристаллическая решётка, отличающаяся и от решётки металла, и от решётки неметалла. Эти фазы называются соответственно гидриды (соединения с Н), нитриды (с N), карбиды (с С) и бориды (с В).

Интерметаллиды — промежуточные  фазы, образованные металлами. К этим соединениям относят:

1) электронные соединения —  промежуточные фазы, химический состав и структура, которых определяется электронной конфигурацией (отношение числа валентных электронов в соединении). Известны 3 типа этих соединений: b, j, e. b-фазы имеют электронную конфигурацию ; j-фазы — ; e-фазы —.

2) Фазы Лавеса также являются интерметаллидными фазами типа АВ2. Основными факторами их образования являются соотношения атомных размеров компонентов и электронная концентрация. Они повышают прочностные характеристики и сопротивление ползучести. Присутствие в сталях и сплавах интер-металлидных фаз Лавеса (Fe2Al, Zr2Al, Co2Ti, Ni2Ta) часто сопровождается охрупчиванием при комнатной температуре, но менее опасно при повышенных температурах.

В зависимости от природы элементов  в промежуточных фазах может  быть любой тип связи, который, в  первую очередь, и определяет свойства кристаллов, в частности электрические  свойства.

Расположение атомов (или ионов) в решетке может быть неупорядоченным  либо полностью или частично упорядоченным.

Промежуточные фазы, как и твердые  растворы, являются кристаллами, существующими  в некотором интервале концентраций, иногда очень малом. Переменный состав объясняется либо наличием небольших  межузельных «лишних» атомов (или ионов) в кристаллической решетке промежуточной фазы, либо недостатком атомов в узлах решетки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Заключение

В заключение следует подчеркнуть, что твердые растворы — это  кристаллы, наиболее близкие по свойствам  к растворителю, так как сохраняют  его кристаллическую решетку  и тип связи. В частности, твердые  растворы на основе металлов отличаются высокой технологической пластичностью: хорошо деформируются в горячем, а многие и в холодном состоянии. Твердые растворы составляют основу большинства промышленных конструкционных  сплавов и сплавов специального назначения.

Промежуточные фазы обозначают так же, как и твердые растворы, буквами греческого алфавита. Однако допускаются обозначения и химическими  формулами, которые отражают состав (стехиометрический), при котором  кристаллы не имеют дефектов —  межузельных атомов и вакансий.

Пока не существует полной классификации многочисленных и  разнообразных промежуточных фаз. Замечено, что структура промежуточной  фазы зависит от трех факторов: относительного размера атомов, их валентности и  от положения в Периодической  системе элементов, что определяет их электронную структуру.

Сплавы состоят из основы (одного или нескольких металлов), малых  добавок специально вводимых в сплав  легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных).

В сплавах могут образовываться следующие фазы: жидкие растворы, твердые  растворы, чистые компоненты, химические соединения.

 

 

 

6. Список литературы  и интернет ресурсов

1) Электронный учебно-методический  комплекс по дисциплине «Материаловедение»  Авторы:В. С. Биронт, Т. А. Орелкина  реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г. http://cs6214.userapi.com/u152784657/docs/09002580bb6c/Materialovedenie.pdf

2) Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г.' Материаловедение. — Москва: Металлургия, 1975. — 445 с.

3) 'Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И.' Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — Москва: Металлургия, 1972. — 480 с

4) Хачатурян А. Г. Теория фазовых превращений и структура твёрдых растворов, М., 1974.

5) Г. В. Инденбаум «Химический Энциклопедический Словарь». Гл.ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1983—792 с.

6) http://www.studfiles.ru/dir/cat34/subj1222/file10729/view102283.html  Материаловедение и технология конструкционных материалов 2008г.

7) http://www.trastcomp.ru/promezhutochnye-fazy-v-splavax/ Промежуточные фазы в сплавах 2002 г.

8) http://www.e-reading.org.ua/chapter.php/99301/21/Buslaeva_-_Materialovedenie._Shpargalka.html  Твердые растворы замещения и внедрения; промежуточные фазы; сверхструктуры 2008 г.

9) http://ru.wikipedia.org/wiki/Сплав  'Лахтин Ю.М.' Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов. — 3-е. — Москва: Металлургия, 1983. — 360 с.