§ 1. Фазы, возможные в
сплавах. Диаграммы состояния сплавов
«
Химические элементы, из которых
состоят сплавы, называются компонентами. Определение фазы дано в
гл. 1. Фаза в сплавах может состоять из одного или нескольких компонентов.
Под составом фазы понимают относительное содержание компонентов. Твердая
фаза имеет определенное атомное строение, идеальная твердая фаза
должна быть физически и химически однородной. В сплавах возможны
такие фазы: жидкие и твердые растворы, химические (промежуточные)
соединения.
Для получения сведений о
структуре сплавов используются диаграммы состояния, или диаграммы
фазового равновесия. С их помощью определяют температуры начала и
конца кристаллизации или расплавления любого сплава данного состава,
число, тип и состав фаз, присутствующих в любом сплаве при заданной
температуре; рассчитывают относительное весовое количество фаз в
двухфазных областях; описывают процессы кристаллизации или плавления и
соответствующие превращения в твердом состоянии, определяют
микроструктуру сплава при любой заданной температуре. Закономерность
изменения числа фаз в сплаве устанавливается правилом фаз
Гиббса
(1.19)где 5 — число степеней свободы;
К — число компонентов; 2 — количество внешних факторов
(температура и давление); / — число фаз, находящихся в
равновесии.
Жидкие растворы образуются в
процессе сплавления двух или нескольких компонентов — простых элементов
или соединений, когда между их атомами возникают определенные
взаимодействия. Атомы сплавляемых компонентов ионизируются, испытывают
колебания около положений равновесия и, перемешиваясь, непрерывно
движутся в объеме. При понижении температуры в жидкости начинают
проявляться химические свойства компонентов. Это приводит к тому, что
нарушается существовавшее при высоких температурах статистическое
распределение атомов. В макроскопических объемах жидкости возможны
временные, местные отклонения состава от среднего значения, которые
называют концентрационными
флуктуация-м и. Каждой
температуре в условиях равновесия соответствует свой постоянный набор
концентрационных флуктуации.
Твердыми растворами называются
кристаллические вещества, в которых один из компонентов сохраняет
свою кристаллическую решетку, а атомы другого компонента
располагаются в решетке и изменяют ее параметры. При образовании твердого
раствора наблюдается повышение твердости, пределов текучести и
прочности, так как искаженные в местах расположения атомов растворенного
компонента области препятствуют движению дислокаций. Упрочнение
сплава (твердого раствора) определяется по формуле Мотта —
Набарро
(1.20)где В — параметр,
зависящий от степени различия размеров атомных радиусов; С —
атомная концентрация растворенного компонента.
