Ministerul Educației și Științei din Ucraina
Universitatea Tehnică de Stat Donbass
privind disciplina „Metalurgia“
„Structura și proprietățile fazelor din aliaje metalice. Soluțiile solide de compuși chimici. Structura eterogena“
1.Fazy din aliaje metalice
Prin aliaj se înțelege o substanță obținută prin fuziunea a două sau mai multe elemente (metale sau nemetale cu metale).
Componente - elemente chimice care formează aliajul.
fază omogenă Chemat componente ale sistemului (omogen) având aceeași compoziție, structura cristalină și proprietățile una și aceeași stare agregată și este separată de celelalte părți ale interfeței.
Conform structurii înțelegerii formei, mărimea și natura aranjamentului reciproce a fazelor în metal sau aliaj.
Aliaj componente structurale numite părți separate ale aliajului cu aceeași structură cu caracteristici inerente. Aliajele conform interacțiunii fizico-chimică a componentelor pot forma următoarele faze: soluții lichide, soluții solide, produse chimice și faze intermediare. Luați în considerare aliajele în stare solidă.
amestec 2.Mehanicheskie
amestec mecanic - cele două componente A și B se formează atunci când acestea nu sunt în măsură să dizolvarea reciprocă a solidului și nu reacționează chimic pentru a forma compuși. Aliajul este alcătuit din componente cristaline A și B (fig. 1).
Figura 1. Schema microstructură amestec mecanic
Proprietățile mecanice depind de proporția componentelor. Exemple de aliaje în care un amestec mecanic format: Fe-Pb, Pb-Si.
3.Tverdye soluții
Soluțiile solide sunt numite faze, în care una dintre componentele aliajului își păstrează zăbrele sale cristaline și alți atomi (sau alte componente) sunt aranjate în rețeaua primului component (solvent), modificarea dimensiunilor sale (perioadele). Astfel, soluția solidă compusă din două sau mai multe componente, are un tip grilaj și este o singură fază.
Soluția solidă există în intervalul de concentrații ale componentelor.
Distinge solide și solide substitutionali soluții soluții (Fig. 2).
Figura 2. Schema de soluții solide: A - metal pur; b - soluție solidă substituțională; în - soluție solidă
Aceste soluții sunt caracterizate de oțel aliat fier-carbon, fonte.
În formarea de soluție solidă substitutionala atomilor solut înlocui unele dintre atomii de solvent din rețelelor cristaline. Poate fi înlocuit cu orice atomi.
În formarea de soluție solidă de atomi de solut situate în interstițiile (golurile) din rețeaua cristalină a solventului (în acest caz, trebuie să aibă un anumit spațiu gol). Mare pori 0,74-0,41 R, porii mici 0,68-0,291R.
The fcc - atomii zabrele sunt aranjate într-un por octaedrice (centre Grile). In acest porilor se pot potrivi 0,41R raza sferei, unde R - raza atomilor din zăbrele.
In bcc - atomi cu zăbrele dispuse într-un interstițiile tetraedrice, porii dimensiune (0291 R).
Atomii de solvent și solutului sunt diferite în dimensiuni, astfel încât formarea de solid zăbrele soluția de cristal este întotdeauna distorsionat, iar perioadele ei variază.
În formarea de soluție solidă substitutionala perioadă răzuirea poate crește sau descrește. În formarea de soluție solidă a perioadei zabrele solvent întotdeauna crește (Fig. 3).
Figura 3. Distorsionarea rețelei cristaline în timpul formării soluției solide substitutionala și introducerea
Atomii solute adesea se acumulează în dislocările, reducerea lor de energie elastică (Fig. 4).
atomii interstițiale sunt situate într-o zonă întinsă sub marginea extra, formând așa-numita atmosferă Cottrell (Fig. 4).
Figura 4. Formarea atmosferei Cottrell: A - atomi ai componentei B. formează o soluție solidă substituțională și atomii S. formează soluții solide, aranjate aleatoriu într-o componentă de grilaj A; b și c-atomi ai componentelor B și C s-au mutat la dislocarea, prin care energia latice inferioară
Toate metalele în grade diferite pot fi dizolvate unul în celălalt, într-o astfel stare solidă: în Al până la 5,5% Cu; în Cu și 39% Zn.
(. Figura 5) Soluțiile solide zamesheniya nelimitată (în orice proporții) solubilitate poate fi formată în condițiile enumerate mai jos:
1. Componentele trebuie să aibă același tip (izomorfe) laticile cristaline. Numai în acest caz, prin variația concentrației soluției solide poate fi o tranziție continuă din rețeaua cristalină a unui component într-un alt component cu zăbrele.
2. Diferența de mărime atomică (# 916; R), componentele trebuie să fie mici și nu trebuie să depășească 8 - 15% din.
3. Componentele trebuie să aparțină aceluiași grup de elemente ale tabelului periodic sau a altor grupuri adiacente și au structura în apropierea cochilii de electroni de atomi.
Figura 5. rețeaua cristalină a soluțiilor solide substitutionali cu solubilitate nelimitată a componentelor
Exemple de aliaje în care se formează o serie continuă de soluții solide:
Cu (29) și Ni (28) (# 916; R = 2,7%),
Fe și Co - nu se dizolvă.
Introducerea de soluții solide sunt formate numai în acele cazuri în care diametrul elementului solutului este atomi mică (RVN. Al. / Rrastvor> 0,59).
Soluțiile solide de acest tip se obțin prin dizolvarea numai metalul (Fe, Mo, Cri etc.) de carbon (raza atomică 0,77A °), azot (0,71A °), hidrogen (0,46A °), adică . elemente cu o rază atomică mică.
soluții interstițiale solide poate fi limitată doar de concentrare, deoarece numărul de pori în rețeaua este limitată, iar atomii de component principal sunt stocate la nodurile cu zăbrele.
soluții solide ordonate
In aliajele de Cu și Au, Fe și Al, Fe și Si, Ni și Mn, care formează la temperaturi înalte soluții de substituție pentru plasarea componentelor neuporyadochnnym atomilor, un proces lent-răcire sau încălzire, expunerea procesul de redistribuire a atomilor are loc la temperaturi mai ridicate. Ca urmare, componentele din care atomii ocupa anumite funcții (Fig. 6), în rețeaua cristalină. astfel formează o soluție solidă ordonată sau suprastructură.
Figura 6. zabrele cristalină ordonate soluții solide: a - CuZn, b - CuAu, în - Cu3 Au
Educația suprastructură însoțită de schimbări în proprietăți (de exemplu Permalloy aliaj (fier și 78,5% nichel) se deteriorează permeabilitatea magnetică, duritatea crescută și reducerea ductilitatea modificărilor rezistivității).
soluțiile comandate sunt formate atunci când raportul dintre componentele din aliaj (la%.) este constantă: 1: 1 (CuAu); 1: 2; 1: 3 (Cu3 Au); etc. (Formula chimică poate fi atribuit compusului CuAu, Cu3 Au).
soluții solide comandate pot fi considerate ca fază intermediară între soluțiile solide sau compuși chimici.
În soluțiile solide ordonate ale rețelei de solvent este păstrată, dar există un aranjament adecvat de atomi și sculptate schimba proprietățile caracteristice ale compușilor chimici.
4. Compus chimic
Produse chimice și faze naturale aferente din aliaje metalice sunt diverse. Caracteristici compuși chimici:
1. Gratarele cu zăbrele cristaline diferă de care formează îmbinarea componentelor. Atomii sunt aranjate într-o manieră ordonată. Compușii chimici au o rețea cristalină continuă (fig. 7).
2. Compusul depozitat întotdeauna multiplu simplu raportul dintre componente, ceea ce le permite să-și exprime cu formula: A n Bm, A și B componente; n și amorse m-.
3. Proprietăți conexiune rareori diferă de proprietățile componentelor sale constitutive. Cu - NV35; Al - NV20; CuAl2 - NV400.
4. Temperatura de topire (disociere) constantă.
5. Formarea compusului chimic este însoțit de un efect termic semnificativ.
Compușii chimici se formează între componenți care au o mare diferență în structura de electroni a atomilor și rețelele cristaline.
Figura 7. rețeaua cristalină: a, b - compus NaCl, compusul into- Cu2 MnSn (Caseta 8 constă din atomi de cupru, 4 atomi de mangan și atomii de staniu 4)
Un exemplu de compuși chimici tipic cu valență normală poate servi compus Mg cu elemente de IV-VI gruppPeriodicheskoysistemy: Mg2 Sn, Pb Mg2, Mg2 P2. Mg2 Sb2. MG3 Bі2. MGS și alții. Unii compuși cu alte metale sunt cunoscute sub numele de compuși intermetalici. legare chimică în compuși intermetalici, de obicei, din metal.
Un număr mare de compuși chimici formați în aliaje metalice, diferite, în unele caracteristici de compuși chimici tipice, pentru că ei nu se supun legilor valență și nu are personal permanent. Luați în considerare cei mai importanți compuși chimici formați în aliaje.
metale de tranziție (Fe, Mn, Cr, Mo, Ti, V, W, etc.), formează o nemetale C, N, compușii H: carburile (C), nitruri (s N), boruri (la B), hidruri ( cu H). Adesea menționată ca faze interstițiale.
introducerea fazei sunt de formula:
MX (WC, TiC, VC, Nbc, TiN, VN și colab.).
Structura cristalină a fazelor interstițiale este definită de razele nemetalic atomice (Rx) și metalul (Rm).
În cazul în care Rx / Rm <0,59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) и гексагональной (Г12), в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.
introducerea fazei extrem: conductivitate electrică, punct de topire și o duritate ridicată.
introducerea de fază având o rețea cristalină diferită de zăbrele de metal solvent.
Pe baza fazelor interstițiale sunt formate ușor soluții solide Scăzând (VC, TiC, ZrC, Nbc), unii dintre atomii din nodurile cu zăbrele este absent.
Acești compuși formează între monovalent (Cu, Ag, Au, Li, Na) din metal sau un metal de tranziție (Mn, Fe, Co și colab.), Pe de o parte, și cu metale simple cu o valență de la 2 la 5 (Be, Mg , Zn, Cd, Al, etc.), pe de altă parte.
Compușii de acest tip (identificat English Metal Hume - Rothery), caracterizat printr-un anumit raport al electronilor de valență la numărul de atomi: 3/2; 21/13; 7/4; fiecare raport corespunde unei rețea cristalină definită.
Cu respect este format 3/2 bcc zăbrele (indicat prin # 946; - faza) (CuBe, CuZn, Cu3 Al, CU5 Sn, carbonifere, Feal).
Când 21/13 au rețea cubică complex (52 atom per celulă) - # 947; - o fază (CU5 Zn8 Cu31 SN8 Cu9 AL4 Cu31 Si8 ...).
În cazul în care 7/4 este disponibil aproape-ambalate zăbrele hexagonale, notate # 949; - faza (CuZn3 CuCd3 Cu3 Si, Cu3 Sn, Au3 Sn, CU5 Al3 ..).
Conexiuni electronice găsite în multe aliaje tehnice - Cu și Zn, CuiSn (staniu) FeiAl, Cu și ca SII De obicei, sistemul se observă toate cele trei faze (# 946;, # 947;, # 949;).
În anumiți compuși raport atomic electronic, rețeaua cristalină a diferitelor componente grilaje - un caracteristici chimice. compuși. Cu toate acestea, compușii au un aranjament ordonat de atomi. Temperatura este coborâtă (după încălzire) este o ordonare partiala, dar nu complet. Componentele electronice formează un compus care soluția solidă într-un interval larg de concentrații.
Astfel, acest tip de compuși trebuie să fie considerate ca intermediari între compușii chimici și soluțiile solide.
Tabelul №1 - Conexiune electronice
conexiuni electronice pentru diverse sisteme: Cu - ZnCu - SnCu - AlCu - Si
Ei au formula AB2. sunt formate la un raport de componente ale diametrelor atomice DA / ET = 1,2 (de obicei 1,1-1,6). Fazele Laves au hcp zăbrele hexagonale (MgZn2 și MgNi2, BaMg2. MoBe2. TiMn2) sau un fcc (MgCu2. AgBe2. CaAl2. TiBe2. TiCr2). Aceste faze apar ambele faze de armare intermetalici în superaliaje.
5. Structura Eterogene
Aliaje eterogene (eterogen) structură sunt formate în cazul în care componentele nu au o solubilitate reciprocă completă. Prin creșterea solubilitatea maximă se obține o structură formată din soluții saturate sau soluție solidă sau compus chimic.
Exemple de sisteme (Pb-Sb, Cu-Bi, Zn-Sn, Pb-Sn, Pb-Bi, Ni-Cr, Fe-C, Al-Cu, etc.). Fiecare fază are zăbrele cristalină.
1. Lahtin YM VP Leontyev Materiale știință. M. 1972, 1980
2. Gulyaev AP Metalurgie fizică. M. 1986
3. Sidorin II Bazele Materialelor. M. 1976
4. Antikainen PA Metalurgie fizică. M. 1972
Datorită creatorii site-ului! Ia o pauză, student să se distreze: Studenții ar trebui să treacă examenul în fizică. Pierderea foarte prost. Profesorul încearcă să-l tragă, întreabă: - Ei bine, spune-mi cel puțin temperatura la care fierbe apa? - Profesore, nu știu la ce temperatura se reduce, dar eu știu că la 40 de grade devine o vodca! Apropo, anecdota este preluată din chatanekdotov.ru