Критические температуры на кривой охлаждения

1539°С - процесскристаллизации железа;

1392°С - полиморфное превращение α-железо в ϒ-железо;

α -F ϒ-Fe

911°С - полиморфное превращение ϒ-железо в α-железо;

ϒ-Fe α-Fe

768°С - температура магнитного превращения железа. Выше 768 ° С железо немагнитно, ниже 768 ° С железо магнитно.)

Полиморфные превращения сопровождаются перестройкой кристаллических решеток железа, при магнитном превращении перестройки кристаллической решетки железа не происходит.

 

 

Строение сплавов

Сплавом называется вещество, полученное сплавлением или спеканием двух и более элементов.

Вещества, из которых состоят сплавы, называются - компонентами.

Сплавы могут быть 2-х компонентные, 3-х компонентные, многокомпонентные.

Получение сплавов спеканием (порошковая металлургия)

Фаза. Виды фаз (виды взаимодействия компонентов в сплавах)

Фаза – однородная часть неоднородной системы (металла или сплава), имеющая свой химический состав, своё строение, своё агрессивное состояние, обладающая своими свойствами и отделённая от других частей системы поверхностью раздела.

В сплавах могут образовываться следующие виды фаз: химические элементы, жидкие растворы, твёрдые растворы, химические соединения и промежуточные фазы.

 

Виды взаимодействия компонентов в сплавах

Твёрдые растворы

Твердый раствор - это фаза, в которой одни из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решётку и атомы другого компонента располагаются в кристаллической решётке первого компонента, изменяя её размеры.

 

Твёрдый раствор характеризуется тем, что:

1. Представляет собой одну фазу;

2. Имеет один тип решётки (рентгеновский анализ покажет решётку растворителя).

3. Концентрация твёрдого раствора непостоянна, она зависит от температуры, чем выше температура, тем выше концентрация.

Различают твёрдые растворы замещения и твердые растворы внедрения:

 

1. При образовании твёрдого раствора замещения атомы растворяемого компонента замещают часть атомов растворителя (основного металла) в его кристаллической решётке.

2. При образовании твёрдого раствора внедрения атомы растворимого компонента располагаются (междоузлия) пустотах решётки растворителя (основного металла).

 

Твердые растворы замещения

Твердый раствор замещения – это фаза, в которойатомы растворяемого компонента замещают часть атомов растворителя (основного металла) в его кристаллической решётке.

 

При образовании твёрдого раствора замещения периоды решётки могут увеличиваться, могут уменьшаться в зависимости от соотношения атомных радиусов, атомов растворителя и растворяемого элемента.

В случае твёрдого раствора внедрения периоды решётки могут только увеличиваться.

В металловедении принято обозначать твёрдые растворы буквами греческого алфавита (α, β, ϒ, δ и т.д.)

Когда компоненты могут замещать один другого в кристаллической решётке в любых количественных соотношениях, то образуются твердые растворы замещения неограниченной растворимости.

Твёрдые растворы замещения неограниченной растворимости могут образовываться при условиях:

1. Компоненты должны обладать одинаковыми по типу кристаллическими решётками.

2. Различия в размерах атомов (ионов) компонентов не должны быть большими не более 9-15%.

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

 

Твердые растворы внедрения

3. Твёрдый раствор внедрения – это фаза, в которой атомы растворимого компонента располагаются (междоузлия) пустотах решётки растворителя (основного металла).

 

 

Твёрдые растворы внедрения могут возникнуть только в тех случаях, когда диаметр атома растворимого элемента невелик, поэтому твёрдые растворы внедрения образуются лишь при растворении в металле (например: в железе, молибдене, хроме и т.д.) углерода, азота, водорода, т.е. элементов с малым атомным радиусом.

В случае твёрдого раствора внедрения периоды решётки могут только увеличиваться.

 

Твёрдые растворы внедрения могут быть только ограниченной растворимости, поскольку число пор в решётке ограниченно, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решётки.

Например, железо способно растворить углерод, в железоуглеродистых сплавах (сталях и чугунах) образуются два твердых раствора внедрения феррит и аустенит.

.

Феррит - это твёрдый раствор внедрения углерода в α-железе (Ф).

 

 

 

 

α-железо максимально может растворять 0,025%С углерода при температуре 727 ° С;

α-железо минимально может растворять 0,006%С углерода при температуре 0 ° С.

 

Аустенит - это твёрдый раствор внедрения углерода в гамма-железе.(А)

 

 

ϒ-железо максимально может растворять до 2,14% С углерода при температуре 1147 ° С;

ϒ-железо минимально может растворять до 0,8% С углерода при температуре 727 ° С.

Химические соединения

Химическое соединение – это фаза, которая образуется, когда компоненты вступают в химическую реакцию.

Характерные особенности Х.С., образованных по закону нормальной валентности:

1. Кристаллическая решётка ХС отличается от решёток компонентов, образующих данное соединение.

2. В соединении всегда сохраняются краткое массовое соотношение элементов. Их состав всегда можно выразить формулой Am Bn, где А и В – соответствующие элементы, а

m и n – простые числа.

3. Свойства химических соединений резко отличаются от свойств, образующих его компонентов.

4. Температура плавления ХС величина постоянная.

5. Концентрация ХС величина постоянная.

6. В отличии от твёрдых растворов химические соединения образуются между компонентами с разным электронным строением атомов.

7. Рентгеновский анализ покажет новую кристаллическую решетку при образовании ХС.

 

Механические смеси

Механическая смесь – это не фаза, это структура, образованная несколькими фазами.

Механическая смесь – это смесь 2-х компонентов А и В образуется тогда, когда эти компоненты не способны к взаимному растворению в твёрдом состоянии и не вступают в химические реакции с образованием химических соединений.

Характерные особенности:

1. Рентгенограмма сплава покажет наличие 2-х решёток компонентов А и В.

2. Свойства отдельных компонентов А и В не изменяются.

3. Под микроскопом будет отчётливо видно кристаллы компонентов А и В.

 

Перлит- это сочетание 2-х фаз феррита и цементита. это структура.

 

 

Ледебурит- это механическая смесь аустенита и цементита.

Диаграммы состояния сплавов

Процесс кристаллизации металлических сплавов и связанные с ним закономерности строения сплавов описывают с помощью диаграмм состояния сплавов (диаграмм фазового равновесия).

Диаграмма состояния сплава - это графическое изображение состояния сплава на плоскости координатах температура, ТºС, концентрация, с %.

Диаграмма состояния в удобной графической форме показывает устойчивое состояние сплава, которое при данных температурных условиях обладает минимальной свободной энергией.

Диаграммы могут быть фазовыми и структурными, стабильными и метастабильными, равновесными и неравновесными.

По диаграмме состояния можно определить:

1. Фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации.

2. Структурный состав сплава в зависимости от температуры и концентрации.

3. Все превращения, которые происходят в сплавах при охлаждении или при нагреве.

4. Характерное окончательное состояние сплава, после того как все превращения произошли.