Основные сведения о сплавах

Чистые металлы характеризуются низким пре­делом прочности, поэтому в машиностроении при­меняют главным образом их сплавы. Металличе­ским сплавом называют сложное вещество, по­лученное сплавлением (или спеканием) несколь­ких металлов или металлов с неметаллами. На­пример, мягкая медь с добавлением олова пре­вращается в более твердую бронзу. При этом улучшаются эксплуатационные и технологиче­ские свойства металлического материала.

Для изучения процессов, происходящих в спла­вах при их превращениях, а также для описания строения сплавов в металловедении используют понятия: компонент, фаза, система.

Компонен­таминазывают вещества, образующие систему. Чистый металл представляет собой однокомпонентную систему, сплав двух металлов — двухкомпонентную систему и т. д. Компонентами мо­гут быть металлы и неметаллы, а также устой­чивые, т. е. не диссоциирующие на составные ча­сти в рассматриваемых интервалах температур вещества — химические соединения. Так, для цветных металлических сплавов компонентами могут быть металлы (например, медь с цинком образует латунь), а для железоуглеродистых — металлы с небольшим содержанием неметаллов (железо с углеродом — чугун, сталь).

Фазой называют однородную часть системы, имеющую одинаковый состав одно и то же агре­гатное состояние и отделенную от остальных частей системы поверхностью раздела, при пере­ходе через которую химический состав или струк­тура вещества изменяются скачкообразно. Сово­купность фаз, находящихся в равновесии при оп­ределенных внешних условиях (давлении, температуре), называют системой. Например, одно­родная жидкость (расплавленный металл) яв­ляется однофазной системой, при кристаллиза­ции чистого металла система состоит из двух фаз: жидкой (расплавленный металл) и твердой (зерна закристаллизовавшегося металла). Дру­гой пример: механическая смесь двух видов кри­сталлов образует двухфазную систему, так как каждый кристалл отличен от другого по составу или строению и отделен один от другого поверх­ностью раздела. Сплав называют однородным (гомогенным), если его структура однофазна, и разнородным (гетерогенным), если его структу­ра состоит из нескольких фаз. Под структу­рой сплава понимают видимое в микроскоп вза­имное расположение фаз, их форму и размеры.

Компоненты в сплавах могут составлять (рис. 13) жидкие и твердые растворы, химичес­кие соединения и механические смеси.

Однородные жидкие растворы (рис. 13, а) характерны почти для всех метал­лов, растворяющихся друг в друге в жидком со­стоянии в любых соотношениях. В однородном жидком растворе атомы 1 растворимого метал­ла (компонента) А равномерно распределены среди атомов 2 металла В — растворителя. Лишь немногие металлы растворяются в жидком со­стоянии ограниченно. И только очень немногие металлы из-за большой разницы в размерах сво­их атомов не растворяются друг в друге в жидком состоянии. В процессе кристаллизации и затвердевания сплавов взаимодействие компо­нентов может быть различным.

Твердые растворы образуются в резуль­тате перехода в твердое состояние однородных жидких растворов. В твердом растворе одно из веществ, входящих в состав сплава, сохраняет присущую ему кристаллическую решетку, а другое в виде отдельных атомов распределяется в кристаллической решетке первого вещества. Твердые растворы бывают двух типов: твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. Независимо от типа твердые растворы однофазны.

Рис.. 5.1. Структура и строение элементарной ячейки различных сплавов из двух металлов А и В:

1 — атомы металла А, 2 — атомы металла В, 3 — твердый раствор заме­щения, 4 — твердый раствор внедрения