Л1.3. Фазы в металлических сплавах

Модуль 1. Основы строения и свойства материалов.
Слайд 3.01

Фазы в металлических сплавах.
Слайд 3.02
Чистые металлы обычно имеют низкую прочность и невысокие технологические свойства. Поэтому на практике значительно чаще применяют сплавы.
Сплавы – это сложные вещества, полученные сплавлением нескольких элементов.
Элементы или химические соединения, образующие сплав, называют компонентами. В зависимости от физико-химического взаимодействия компонентов в сплавах образуются разные фазы.
Металлические сплавы

Определение фазы
Фаза – однородная гомогенная составная часть системы, характеризующаяся определённым составом, свойствами, типом кристаллической решетки и отделенная от других частей системы поверхностями раздела.

Фазы в металлических сплавах.
Слайд 3.03
В сплавах возможно образование трёх типов фаз:
Твердые растворы (замещения и внедрения)
Упорядоченные твердые растворы
Химические соединения
Виды фаз в металлических сплавах

Твердые растворы замещения
В твердом растворе замещения атомы растворяющегося компонента заменяют атомы растворяющего компонента в его кристаллографической решетке в произвольном порядке.

Фазы в металлических сплавах.
Слайд 3.04
Твёрдые растворы замещения – фазы, в которых один из компонентов сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются в его решетке, искажая её:
К сплавам данного вида относятся также такие сплавы, как серебро-золото, никель-медь, медь-алюминий и т.д.
Твердые растворы замещения
Сплав медь – цинк (латунь)

Фазы в металлических сплавах.
Слайд 3.05
Твёрдые растворы замещения образуются между компонентами металл – металл.
Если диаметры атомов близки, то образуется раствор с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге.
Сплавы железо – никель, медь-золото, медь –цинк и т.д..
Если диаметры атомов сильно различаются – то получается раствор с ограниченной растворимостью.
Сплавы алюминий – медь, алюминий – никель, алюминий- магний и т.д.
Твердые растворы замещения

Твердые растворы внедрения
В твердых растворах внедрения атомы растворяющегося компонента располагаются в порах решетки растворяющего компонента.
Характерны для компонентов очень сильно отличающихся по диаметру атома, такого рода растворы образуют компоненты металл – неметалл.
Твердые растворы внедрения – это всегда растворы с ограниченной растворимостью компонентов.

Примером твёрдого раствора внедрения может служить раствор углерода в Feα , который называют ферритом.
К таким растворам относятся растворы азота, углерода, бора, водорода, кислорода и кремния в металлах.
Фазы в металлических сплавах.
Слайд 3.06
Твердые растворы внедрения

Твердые растворы внедрения
Твердые растворы внедрения всегда растворы с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге.
Растворимость растворяющегося компонента зависит от величины пор в решетке растворяющего компонента
Наибольшая растворимость компонентов в решетке ГЦК, наименьшая в ОЦК.

Упорядоченные твердые растворы
В упорядоченных твердых растворах атомы растворяющегося компонента замещают атомы растворяющего компонента в его кристаллографической решетке в строго определённом порядке;
Это всегда растворы замещения и образуются компонентами металл- металл;
Упорядоченные твердые растворы имеют характерные только для них свойства;
Им можно присвоить определенную формулу.

Фазы в металлических сплавах.
Слайд 3.07
Примером упорядоченного твердого раствора может служить раствор цинка в меди, который образуется при концентрации цинка более 37 %. При его образовании меняется даже вид решетки.
Упорядоченные твёрдые растворы
Формула сплава CuZn

Упорядоченные твердые растворы
Сплавы медь – цинк (латуни) бывают однофазные и двухфазные.
Однофазные латуни получаются при концентрации цинка меньше 37 % и содержат только одну фазу твердый раствор компонентов в меди;
Двухфазные латуни получаются при концентрации цинка больше 37 % и содержат две фазы твердый раствор компонентов в меди и упорядоченный раствор цинка в меди.

Фазы в металлических сплавах.
Слайд 3.08
Химические соединения образуются при взаимодействии элементов сплава друг с другом:
В сплавах можно выделить три вида химических соединений:
1. Интерметаллиды (соединения «металл – металл»). Характерны для сплавов алюминия (CuAl2, Ni3Al, CoAl, Ti3Al).
2. Фазы внедрения (соединения «металл – неметалл»): Fe4N, Mn4N, Co4N, Fe3C.
3. Примесные и вредные неорганические включения: оксиды и сульфиды: Fe3O4, FeS. и т.д.
Химические соединения

Диаграммы состояния
Фазовый состав сплавов при различных температурах отображается с помощью диаграмм состояния (диаграмм фазового равновесия)
Диаграммы состояния представляют собой графическое изображение состояния сплавов. С их помощью можно проследить фазовые и структурные изменения сплавов в процессе их охлаждения или нагрева.

Диаграммы состояния строят экспериментально, по заранее построенным кривым охлаждения. По линиям и точкам на этих кривых, судят о превращениях протекающих в сплаве при изменении температуры.
Диаграммы фазового равновесия сплавов.
Слайд 3.09
Диаграммы состояния

Диаграммы фазового равновесия сплавов.
Слайд 3.10
Построение диаграммы состояния двух компонентного сплава с неограниченной растворимостью компонентов друг в друге

Диаграммы фазового равновесия сплавов.
Применение правила отрезков для сплавов, образующих твёрдые растворы.
Состав
100%
100%
Т
Диаграмма состояния двух компонентного сплава с неограниченной растворимость компонентов

Диаграмма состояния двух компонентного сплава с неограниченной растворимость компонентов
Канода ( или нода) линия проведенная параллельно оси абсцисс, показывающая состав образующейся твердой фазы и состав остающегося жидкого раствора.
Неоднородность слитка по составу при кристаллизации сплавов называется дендритная ликвация.
Дендритная ликвация приводит к неоднородности слитка по свойствам.

Диаграммы фазового равновесия сплавов.
Слайд 3.12
Диаграмма состояния двухкомпонентного сплава с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге
t

Диаграмма состояния с устойчивым химическим соединением.
Диаграммы фазового равновесия сплавов.
Слайд 3.13

Диаграммы фазового равновесия сплавов.
Слайд 3.14
Диаграмма состояния двухкомпонентного сплава с неограниченной растворимостью и полиморфным превращением компонента А
t

Диаграммы фазового равновесия сплавов.
Слайд 3.15
Диаграмма состояния двухкомпонентного сплава с неограниченной растворимостью и полиморфным превращением обоих компонентов
t
ж + β
α +β
α +β