Фазы металлических сплавов

Реферат

Основную долю разнообразных металлических материалов, используемых в технике, составляют сплавы. Чистые металлы в технике не применяют, потому что они характеризуются низким пределом прочности. Путем сплавления или спекания нескольких металлов или металлов с неметаллическими элементами получают сплавы, которые обладают высокой прочностью, пластичностью, хорошо обрабатываются резанием, свариваются и т.д. При этом улучшаются эксплуатационные и технологические свойства металлического материала.

компонентами.

Компонентами сплава могут быть металлы (железо, медь, алюминий, никель и т.д.) и неметаллические элементы (углерод).

Компонентом могут быть и химические соединения, если в рассматриваемых интервалах температур они не диссоциируют на свои составные части. Количество компонентов, составляющих систему (сплав), может быть различным. Чистый металл — это однокомпонентная система; сплав двух металлов — двухкомпонентная, и т.д.

Выбор базового компонента сплава определяется техническим заданием на его свойства. В зависимости от базового компонента все сплавы делятся на:

черные, основу которых составляет железо (стали, чугуны);

  • цветные, основу которых составляет любой металл, кроме железа (алюминиевые, медные, никелевые, титановые и др.).

Выбор других компонентов сплава производится на основе оценки взаимодействия элементов периодической системы с базовым компонентом и между собой. Их взаимодействие учитывается и в жидком, и в твердом состояниях, так как сплавление проводится при температурах, превышающих температуру плавления базового компонента, а затем сплав, охлаждаясь, кристаллизуется и остывает до температуры окружающей среды. При этом изменяется не только агрегатное состояние системы, но и ее фазовый состав в зависимости от температуры и скорости охлаждения.

Фазы металлических сплавов

В сплавах компоненты могут вступать во взаимодействие с образованием различных фаз. Различают следующие фазы металлических сплавов:

  • жидкие растворы;
  • твердые растворы;
  • химические соединения.

Раствором называется твердая или жидкая гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах.

Жидкие растворы. Большинство металлов растворяются друг в друге в жидком состоянии неограниченно (в любых соотношениях).

При этом образуется однородный жидкий раствор, в котором атомы растворимого металла равномерно распределены среди атомов металла-растворителя.

13 стр., 6238 слов

Строение и свойства металлов и сплавов

... Это определяет металлические свойства вещества. Металлические сплавы обладают теми же свойствами, что и металл. Металлическое состояние обусловлено особенностями атомно-кристаллического строения металлов. По современным ... носят направленного характера. Это определяет особый тип связи - металлический. Металл в твёрдом состоянии характеризуется определённой закономерностью расположения атомов ( ...

Твердые растворы. В твердом растворе металл-растворитель сохраняет свою кристаллическую решетку, а растворимый элемент (металл или неметалл) распределяется в ней в виде отдельных атомов. Твердые растворы бывают двух типов:

  • твердые растворы замещения;
  • твердые растворы внедрения.

твердых растворах замещения

твердых растворах внедрения

Таким образом, твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.

При образовании твердого раствора кристаллическая решетка всегда искажается, так как атомы растворителя и растворенного компонента различны.

Искажение кристаллической решетки обусловливает изменение свойств сплавов по сравнению со свойствами исходных компонентов. Образование твердых растворов в сплавах приводит к увеличению их электрического сопротивления, снижает пластичность и вязкость.

упорядоченными

Химические соединения. Химические соединения и родственные им фазы постоянного состава в металлических сплавах многообразны. Они имеют характерные особенности, отличающие их от твердых растворов:

  • их кристаллическая решетка отличается от кристаллических решеток компонентов, образующих соединение;
  • соотношение элементов в них кратно целым числам;
  • их свойства отличны от свойств образующих элементов;
  • они плавятся при постоянной температуре;
  • их образование сопровождается значительным тепловым эффектом.

Диаграммы состояния сплавов

Для определения количества фаз в сплаве, их состава пользуются диаграммами фазового равновесия — диаграммами состояния. Диаграмма состояния — графическое изображение фазового состава сплава в состоянии равновесия или близком к нему в зависимости от содержания компонентов в сплаве и от температуры.

критическими точками.

В расплавленном состоянии металлы обычно неограниченно растворимы друг в друге. В твердом состоянии их взаимная растворимость может изменяться.

Рассмотрим диаграмму состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии .

Система состоит из двух компонентов А и В, полностью растворимых друг в друге в твердом состоянии. Ось абсцисс показывает изменение концентрации растворенного компонента В от 0 до 100%, ось ординат — температуру, при которой рассматривается состояние системы.

Вертикальная линия, соответствующая чистому компоненту А (0% В), является диаграммой состояния компонента А. При нагревании чистого компонента А он находится в твердом состоянии до температуры Т А , которая является температурой плавления (соответственно и температурой кристаллизации).

При этой температуре компонент А плавится и выше этой критической точки находится в жидком состоянии.

Вертикальная линия, соответствующая чистому компоненту В (100% В), является диаграммой состояния компонента В. Критическая точка — температура плавления Т в .

27 стр., 13022 слов

Перспективные методы утилизации твердых промышленных отходов

... отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов ... небольшое количество известняка, что также способствует стабилизации работы печи при допустимых экологических и экономических показателях. ... отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии ...

Сплав с содержанием 50% В (вертикальная линия I), так же как и другие сплавы системы, имеет две критические точки T s — температура начала плавления (конца кристаллизации) и Tt — температура конца плавления (начала кристаллизации).

Интервал температур от T s до T L — это интервал плавления (кристаллизации) сплава.

Выше температуры T L сплав находится в расплавленном состоянии, представляет собой однофазную систему. Линия, соответствующая температурам, выше которых сплав полностью расплавлен, называется линией ликвидус .

Ниже температуры T s сплав представляет собой твердый раствор L, система однофазна. Линия, соответствующая температурам, ниже которых сплав находится полностью в твердом состоянии, называется линией солидус.

В интервале кристаллизации T L T s сплав представляет собой двухфазную систему: часть сплава находится в жидком состоянии (расплав), остальной сплав в твердом состоянии (кристаллы L — твердого раствора).

диаграмму состояния компонентов с ограниченной растворимостью друг в друге в твердом состоянии

Та и Т в — температуры плавления компонентов А и В соответственно. Линия Т А СТ В — линия ликвидус. Линия T A ECDT B — линия солидус.

Предельная растворимость компонента В в компоненте А соответствует точке F, компонента А в компоненте В- точке G. В интервале концентраций, соответствующих точкам Fn G, компоненты An В друг в друге нерастворимы. После кристаллизации сплавы таких концентраций представляют собой двухфазную систему, состоящую из а и В- твердых растворов.

Сплав, соответствующий проекции точки С, является самым легкоплавким и называется эвтектическим. Этот сплав кристаллизуется (плавится) при постоянной температуре, при этом из расплава кристаллизуются одновременно две твердые фазы (а и В- растворы).

Такой процесс называется эвтектическим превращением.

Эвтектика — это механическая смесь нескольких твердых фаз, одновременно кристаллизующихся при постоянной температуре из расплава.

Сплавы, относящиеся к области левее точки Сдо точки Е, называются доэвтектическими, правее точки Сдо точки D — заэвтектическими.

Связь между структурой и свойствами сплавов

Между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния, и свойствами сплава существует определенная зависимость.

При образовании твердого раствора предел прочности, текучести и твердость повышаются при сохранении достаточно высокой пластичности. При образовании твердого раствора внедрения прочность во много раз больше, чем при образовании твердого раствора замещения той же концентрации.

4 стр., 1628 слов

Измерение параметров и характеристик сверхвысокочастотных линий ...

... . Для измерения описанных выше параметров на практике используется следующие приборы: Р 1 – измерительные линии; Р 2 ... 2Бакланов И.Г. Технологии измерений в современных телекоммуникациях. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2007. 3Метрология, стандартизация и измерения в технике ... (векторные анализаторы цепей – ВАЦ); Р 5 – измерители неоднородностей линий передачи (импульсные рефлектометры). Методы измерения, на ...

Сочетание повышенной прочности и хорошей пластичности позволяет использовать твердые растворы как основу конструкционных сплавов.

Благодаря высокой пластичности сплавы — твердые растворы легко деформируются, но плохо обрабатываются резанием. Такие сплавы имеют низкие литейные свойства.

При образовании твердых растворов значительно увеличивается электросопротивление. Поэтому сплавы — твердые растворы широко применяют для изготовления проволоки электронагревательных элементов и реостатов.

Для получения высоких литейных свойств концентрация компонентов в сплавах должна превышать их предельную растворимость в твердом состоянии и приближаться к эвтектическому составу. Эвтектические сплавы обладают хорошей жидкотекучестью. Но при появлении в структуре сплава эвтектики сильно снижается его пластичность. Поэтому в деформируемых сплавах содержание компонентов не превышает величины предельной растворимости при эвтектической температуре.

Химические соединения, образующиеся в сплавах, обладают свойствами, резко отличающимися от свойств исходных компонентов. Они имеют очень высокую твердость, но хрупки. Химические соединения имеют большое значение в качестве твердых структурных составляющих в сплавах.