Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Первичные твердые растворы

Рассмотрим гипотетический сплав системы, состоящей из двух металлов А и В. Для сплавов, отожженных до равновесия при определенной температуре, влияние первых малых добавок компонента В к А выражается в получении сшиава с кристаллической структурой основного металла А, называемого первичным твердым раствором.

Такие твердые растворы бывают двух основных видов:

а) твердые растворы внедрения, в которых атомы растворенного вещества внедряются в промежутки между атомами растворителя, и

б) твердые растворы замещения, в которых атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя, занимая часть узлов его решетки.

Твердые растворы внедрения, естественно, образуются, если величина атомов растворенного компонента гораздо меньше размера атомов растворителя. Очевидно, что широкая область твердых растворов замещения имеется только в тех случаях, когда атомные диаметры двух металлов между собой близки. Первичный твердый раствор имеет ту же атомную решетку, что и основной металл, а зависимость физических свойств твердого раствора от состава всегда выражается непрерывной

плавной кривой. Многие системы, в которых атомные диаметры двух металлов очень близки и их кристаллические решетки одинаковы, дают непрерывный ряд твердых растворов (от 100% одного металла до 100% другого), как это бывает при двух полностью смешивающихся жидкостях. Полной растворимости в твердом состоянии не препятствует большая разница отношений параметров двух металлов, имеющих гексагональную решетку. Так, магний имеет нормальную плотно упакованную гексагональную структуру с отношением параметров (рис. 1); решетка кадмия, для которого вытянута в направлении оси с, как показано на рис. 2.

Рис. 1. Плотно упакованная гексагональная структура,

Рис. 2. Гексагональная структура,

Эти два металла образуют непрерывный ряд твердых растворов при высоких температурах, и отношение (рис. 3) изменяется постепенно во всем интервале составов.

Установлено, что, изменяя состав, можно менять отношение тетрагональной структуры до тех пор, пока оно не окажется равным единице и сплав не будет представлять собой твердый раствор с кубической решеткой. Предполагалось, что это происходит со многими твердыми растворами на основе который имеет гранецентрированную тетрагональную решетку с отношением Однако последние работы Вазинского И Христиана [3] показали, что эта решетка характеризует закаленное состояние, а структура самого представляет собой гранецентрированный куб. Таким образом, приведенная аргументация, основанная на данных изучения сплавов марганца, оказалась неверной. Кроме того, работа Гутмана [4],

(кликните для просмотра скана)

посвященная превращению в индийталлиевых сплавах из кубической фазы в тетрагональную и обратно, подтвердила, что не совсем правильно рассматривать кубическую и тетрагональную структуру как одну фазу.

Простейший тип бинарной диаграммы равновесия для металлов, образующих непрерывный ряд твердых растворов, представлен на рис. 4.

Рис. 4

Рис. 5. В этой системе металлы неограниченно растворимы в твердом состоянии при высоких температурах, но при низких температурах обладают ограниченной растворимостью

Кривая называется линией ликвидуса; при температурах и составах выше сплав полностью находится в жидком состоянии. Кривая — линия сол иду с а; ниже этой кривой сплавы находятся в твердом состоянии. Для сокращения удобно говорить «сплавы ниже солидуса», а не повторять выражение «при температурах и составах ниже кривой солидуса». Сплавы в области между солидусом и ликвидусом состоят из твердой и жидкой фаз; составы фаз, находящихся в равновесии, при определенной температуре указываются точками пересечения соответствующей температурной ординаты с линиями диаграммы. Так, при температуре сплав состава состоит из смеси жидкой фазы состава и твердой фазы состава Относительные количества жидкой и твердой фаз определяются по правилу рычага как отношение

Тип диаграммы равновесия, показанный на рис. 4, характерен для систем из тех металлов, атомные диаметры которых очень близки, т. е. когда объемный фактор благоприятен. Для оценки объемного фактора атомный диаметр обычно определяется как расстояние между центрами двух атомов в решетке

рассматриваемого элемента. Для данного твердого раствора объемный фактор определяется значением разницы между атомными диаметрами растворителя и растворенного вещества, выраженной в процентах от атомного диаметра растворителя. С известным приближением можно считать, что объемный фактор становится неблагоприятным, когда он превышает 15%. В некоторых случаях атомные диаметры должны устанавливаться с учетом таких усложняющих факторов, как неполная ионизация, перекрытие зон Бриллюэна и т. д. (см. монографию Юм-Розери [5] и обзор Рейнора [6]).

Иногда, когда объемный фактор неблагоприятен, получается диаграмма такого типа, как показано на рис. 5. Здесь ликвидус и солидус образуют минимум, при котором обе кривые соприкасаются. Сплав, отвечающий минимальной температуре затвердевания, переходит из твердого состояния в жидкое при одной температуре и кристаллизуется как чистый металл, тогда как остальные сплавы затвердевают в интервале температур.

Подобно жидкости, которая может при охлаждении расслаиваться на две несмешиваемые жидкие фазы, образовавшийся гомогенный твердый раствор распадается при охлаждении на два твердых раствора одинаковой кристаллической структуры, но разного состава. Кривая представляет границу области однородного твердого раствора, а сплав, соответствующий точке стоит из двух твердых растворов состава . В рассматриваемом случае вероятно, что вершина кривой в точке z всегда плавно закруглена.

Рис. 6. Система с эвтектикой. При экстраполяции кривые предельной растворимости должны проходить в двухфазные области, как показано пунктирными линиями

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление