2.1 Виды взаимодействия компонентов в сплавах

1. Механическая смесь

2. Твердый раствор

3. Химическое соединение

1.Механическая смесь – образуется в том случае, когда при кристаллизации жидкого сплава из компонентов, которые условно обозначим А и В, каждый компонент строит свою кристаллическую решетку.

В результате затвердевший сплав состоит из кристаллов двух компонентов, которые связаны только по границам (рис. 2.1). Кристаллизация сплавов, как правило, идет в интервале температур, но есть в системе А+В такой состав, когда затвердевание обоих компонентов происходит при постоянной температуре, которая значительно ниже температуры кристаллизации каждого компонента.

Рис. 2.1 Микроструктура сплава при образовании механической смеси.

Механическая смесь, которая кристаллизуется при постоянной температуре, называется эвтектикой. Эвтектика имеет мелкую структуру с чередующимися кристаллами одной и другой фазы (часто пластинчатой формы). Эвтектические сплавы обладают повышенной жидкотекучестью, низкой температурой плавления, что приводит к хорошим литейным свойствам.

Твердый раствор – образуется в том случае, когда при кристаллизации жидкого сплава только один из компонентов строит свою кристаллическую решетку, а атомы второго элемента располагаются в его кристаллической решетке. Компонент, строящий свою кристаллическую решетку, называется растворителем, а второй компонент – растворимым.

Существует три типа твердых растворов: растворы внедрения, замещения и вычитания, Растворы вычитания встречаются редко, поэтому рассматриваться не будут.

Растворы внедрения дают элементы, имеющие маленький атомный размер (C, N, H, B), они размещаются между атомами в кристаллической решетке растворителя (рис. 2.2), при этом возникают искажения и напряжения в кристаллической решетке.

Рис. 2.2 Схема раствора внедрения А (В)

Растворы замещения – в этом случае атомы растворенного элемента замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки (рис. 2.3). Атомы примеси замещения будут больше или меньше атомов растворителя, поэтому в кристаллической решетке возникают искажения и напряжения. Таким образом, как в случае раствора внедрения, так и замещения, возникающие напряжения затрудняют перемещение дислокаций, что повышает

Рис. 2.3 Схема раствора замещения А (В)

прочность и твердость сплава. Твердые растворы принято обозначать маленькими буквами греческого алфавита: и т.д. Например, раствор никеля в меди Cu (Ni) - - раствор.

Химическое соединение – получается в том случае, когда при затвердевании сплава строится новая кристаллическая решетка, непохожая на решетку ни того, ни другого элемента. Атомы А и В занимают определенные узлы и находятся в определенном соотношении, которое выражается химической формулой (например, химическое соединение Fe и C-Fe₃C, Al и Cu – CuAl₂). Атомы в химическом соединении прочно связаны друг с другом, кристаллическая решетка, как правило, сложная, что не допускает смещения одной части кристалла относительно другой. Все это обусловливает высокую твердость и хрупкость химических соединений.