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.

​