Реферат: Строение и свойства фаз в металлических сплавах. Твёрдые растворы, химические соединения. Гетерогенные структуры - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Строение и свойства фаз в металлических сплавах. Твёрдые растворы, химические соединения. Гетерогенные структуры

Банк рефератов / Металлургия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 454 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!

Узнайте стоимость написания уникальной работы











"Строение и свойства фаз в металлических сплавах. Твёрдые растворы, химические соединения. Гетерогенные структуры"









  1. Фазы в металлических сплавах


Под сплавом подразумевается вещество, полученное сплавлением двух или более элементов (металлов или неметаллов с металлами).

Компоненты – химические элементы, образующие сплав.

Фазой называют однородные (гомогенные) составные части системы, имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение и свойства, одного и то же агрегатное состояние, и отделенное от остальных частей поверхности раздела.

Под структурой понимают форму, размеры и характер взаимного расположения фаз в металлах или сплавах.

Структурными составляющими сплава называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение с присущими им характерными особенностями. В сплавах в зависимости от физико-химического взаимодействия компонентов могут образовываться следующие фазами: жидкие растворы, твердые растворы, химические соединения и промежуточные фазы. Рассмотрим сплавы в твердом состоянии.


  1. Механические смеси


Механическая смесь – двух компонентов А и В, образуется тогда когда они неспособны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединений. Сплав будет состоять из кристаллов компонентов А и В (рис. 1).


Рисунок 1. Схема микроструктуры механической смеси


Механические свойства зависят от количественного соотношения компонентов. Примеры сплавов, в которых образуются механические смеси: Fe–Pb, Pb–Si.


  1. Твердые растворы


Твердыми растворами называют фазы, в которые один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды). Таким образом, твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.

Твердый раствор существует в интервале концентраций компонентов.

Различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения (рис. 2).


Рисунок 2. Схемы твердых растворов: а – чистый металл; б – твердый раствор замещения; в - твердый раствор внедрения


Эти растворы присущи железоуглеродистым сплавам: сталям, чугунам.

При образовании твердого раствора замещения атомов растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке. Замещаться могут любые атомы.

При образовании твердого раствора внедрения атомов растворенного компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя (при этом пустоты должны обладать определенным пространством). Большие поры 0,74–0,41 R, маленькие поры 0,68–0,291R.

В ГЦК – решетке атомы располагаются в октаэдрической поре (центры решеток). В этой поре может поместиться сфера радиусом 0,41R, где R – радиус атомов в узлах решетки.

В ОЦК – решетке атомы располагаются в тетраэдрическом междоузлии, размер поры (0,291 R).

Атомы растворителя и растворенного компонента различны по размерам, поэтому при образовании твердого раствора кристаллическая решетка всегда искажается, и периоды ее изменяются.

При образовании твердого раствора замещения период решетки может увеличиваться или уменьшаться. При образовании твердого раствора внедрения период решетки растворителя всегда возрастает (рис. 3).


Рисунок 3. Искажение кристаллической решетки при образовании твердого раствора замещения и внедрения


Атомы растворенного компонента нередко скапливаются у дислокаций, снижая их упругую энергию (рис. 4).

Атомы внедрения располагаются в растянутой области под краем экстраплоскости, образуя так называемые атмосферы Котрелла (рис. 4).



Рисунок 4. Образование атмосферы Котрелла: а – атомы компонента В, образующие твердый раствор замещения, и атомы С, образующие твердый раствор внедрения, беспорядочно расположены в решетке компонента А; б и в-атомы компонентов В и С переместились к дислокации, в результате чего энергия решетки понизилась


Все металлы в той или иной степени могут растворяться друг в друге, в твёрдом состоянии например: в Al до 5,5% Сu; в Сu до 39% Zn.

Твёрдые растворы замешения с неограниченной (в любых количественных соотношениях) растворимостью (рис. 5) могут образовываться при соблюдении условий приведенных ниже:

1. Компоненты должны обладать одинаковыми по типу (изоморфными) кристаллическими решётками. Только в этом случаи при изменении концентрации твёрдого раствора будет возможен непрерывный переход от кристаллической решётки одного компонента к решётке другого компонента.

2. Различие в атомных размерах (?R) компонентов должно быть незначительным и не превышать 8 – 15%.

3. Компоненты должны принадлежать к одной и той же группе элементов периодической системы элементов или к смежным родственным группам и иметь близкое строение электронных оболочек атомов.



Рисунок 5. Кристаллические решетки твердых растворов замещения при неограниченной растворимости компонентов


Примеры сплавов, в которых образуется непрерывный ряд твердых растворов:

Cu (29) и Ni (28) (?R=2.7%),

Fe (26) и Ni (28),

Fe (26) и Cr (24),

Ag и Au (?R=0.2%),

Mo и W (?R=9.9%),

V и Ti (?R=2.0%),

Fe и Co – не растворяются.


Твёрдые растворы внедрения образуются только в тех случаях, когда диаметр атома растворенного элемента невелик (R вн. ат./ Rраствор > 0,59).

Твёрдые растворы этого типа получаются лишь при растворении в металле (Fe, Mo, Cr и т.д.) углерода (атомный радиус 0,77А°), азота (0,71А°), водорода (0,46А°), т.е. элементов с малым атомным радиусом.

Твёрдые растворы внедрения могут быть только ограниченными по концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.

Упорядоченные твёрдые растворы

В сплавах Cu и Au, Fe и Al, Fe и Si, Ni и Mn, образующих при высоких температурах растворы замещения с неупорядочнным размещением атомов компонентов, при медленном охлаждении или нагреве, выдержке при высоких температурах протекает процесс перераспределения атомов. В результате, которого атомы компонентов занимают определённые положения (рис. 6) в кристаллической решётке. Т.о. образуется упорядоченный твёрдый раствор или сверхструктура.


Рисунок 6. Кристаллические решетки упорядоченных твердых растворов: а – CuZn, б – CuAu, в – Сu3Au


Образование сверхструктуры сопровождается изменением свойств (например в сплаве пермаллой (железо и 78,5% никеля) ухудшается магнитная проницаемость, повышается твердость, снижается пластичность и изменяется электросопротивление).

Упорядоченные растворы образуются, когда отношение компонентов в сплаве (ат.%) постоянно: 1:1 (CuAu); 1:2; 1:3 (Сu3Au); и т.д. (можно приписать формулу химического соединения CuAu, Cu3Au).

Упорядоченные твердые растворы можно рассматривать как промежуточные фазы между твердыми растворами и химическими соединениями.

В упорядоченных твердых растворах сохраняется решетка растворителя, но имеется правильное расположение атомов и резное изменение свойств характерное для химических соединений.



4. Химические соединения


Химические соединения и родственные им по природе фазы в металлических сплавах многообразны. Характерные особенности химических соединений:

  1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. Атомы располагаются упорядоченно. Химические соединения имеют сплошную кристаллическую решетку (рис. 7).

  2. В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов, что позволяет их выразить формулой: АnBm, А и В-компоненты; n и m – простые числа.

  3. Свойства соединения редко отличаются от свойств образующих его компонентов. Cu – НВ35; Al – НВ20; CuAl2 – НВ400.

  4. Температура плавления (диссоциации) постоянная.

  5. Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

Химические соединения образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.


Рисунок 7. Кристаллические решетки: а, б – соединение NaCl, в-соединение Cu2MnSn (ячейка состоит из 8 атомов меди, 4 атомов марганца и 4 атомов олова)


Примером типичных химических соединений с нормальной валентностью могут служить соединения Mg с элементами IV–VІ групп Периодической системы: Mg2Sn, Mg2Pb, Mg2P2, Mg2Sb2, Mg32, MgS и др. Соединения одних металлов с другими носят название интерметаллидов. Химическая связь в интерметаллидах чаще металлическая.

Большое число химических соединений, образующихся в металлических сплавах, отличается по некоторым особенностям от типичных химических соединений, так как не подчиняется законам валентности и не имеет постоянного состава. Рассмотрим наиболее важные химические соединения, образующиеся в сплавах.

Фазы внедрения

Переходные металлы (Fe, Mn, Cr, Mo, Ti, V, W и др.) образуют с неметаллами С, N, Н соединения: карбиды (с С), нитриды (с N), бориды (с В), гидриды (с Н). Часто их называют фазами внедрения.

Фазы внедрения имеют формулу:


М4Х (Fe4N, Mn4N и др.),


М2Х (W2C, Mo2C, Fe2N, Cr2N и др.),


МХ (WC, TiC, VC, NbC, TiN, VN и др.).


Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (Rх) и металла (Rм).

Если Rх/Rм < 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.

Фазы внедрения являются фазами переменного состава, а соответствующие им формулы (химические) обычно характеризуют максимальное содержание в них металлов.

Фазы внедрения обладают высокой: электропроводностью, температурой плавления и высокой твёрдостью.

Фазы внедрения имеют кристаллическую решетку, отличную от решетки металла растворителя.

На базе фаз внедрения легко образуются твердые растворы вычитания (VC, TiC, ZrC, NbC), часть атомов в узлах решетки отсутствует.

Электронные соединения.

Эти соединения образуют между одновалентными (Cu, Ag, Au, Li, Na) металлами или металлами переходных групп (Mn, Fe, Co и др.), с одной стороны, и с простыми металлами с валентностью от 2 до 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al и др.) с другой стороны.

Соединения этого типа (определил английский металлофизик Юм – Розери), характеризуются определенным отношением валентных электронов к числу атомов: 3/2; 21/13; 7/4; каждому соотношению соответствует определенная кристаллическая решетка.

При отношении 3/2 образуется ОЦК решетка (обозначается ? – фаза) (CuBe, CuZn, Cu3Al, Cu5Sn, CoAl, FeAl).

При 21/13 имеют сложную кубическую решетку (52 атома на ячейку) – ? – фаза (Cu5Zn8, Cu31Sn8, Cu9Al4, Cu31Si8).

При 7/4 имеется плотноупакованная гексагональная решетка, обозначается ? – фазой (CuZn3, CuCd3, Cu3Si, Cu3Sn, Au3Sn, Cu5Al3).

Электронные соединения встречаются во многих технических сплавах – Cu и Zn, Cu и Sn (олово), Fe и Al, Cu и Si и т.п. Обычно в системе наблюдается все три фазы (?, ?, ?).

У электронных соединений определенное соотношение атомов, кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов – это признаки хим. соединений. Однако в соединениях нет упорядоченного расположения атомов. С понижением температуры (после нагрева) происходит частичное упорядочение, но не полное. Электронные соединения образуют с компонентами, из которых состоят твердые растворы в широком интервале концентраций.

Таким образом, этот вид соединений следует считать промежуточными между химическими соединениями и твердыми растворами.


Таблица №1 – Электронные соединения

Фаза

Отношение, решётка

Электронные соединения для различных систем: Cu – Zn Cu – Sn Cu – Al Cu – Si

?

3/2 кубическая ОЦ

CuZn

Cu5Sn

Cu3Al

Cu5Si

?

21/23 сложная кубическая

Cu5Zn8

Cu31Sn8

Cu9Al4

Cu31Si8

?

7/4 гексагональная

CuZn3

Cu3Sn

Cu5Al3

Cu3Si


Фазы Лавеса


Имеют формулу АВ2, образуются при соотношении атомных диаметров компонентов ДАВ = 1,2 (чаще 1,1–1,6). Фазы Лавеса имеют ГПУ гексагональную решетку (MgZn2 и MgNi2, BaMg2, MoBe2, TiMn2) или ГЦК (MgCu2, AgBe2, Ca Al2, TiBe2, TiCr2). Данные фазы встречаются как упрочняющие интерметаллидные фазы в жаропрочных сплавах.


5. Гетерогенные структуры


Сплавы с гетерогенной (разнородной) структурой образуются в случаях, когда компоненты не обладают полной взаимной растворимостью. При повышении предельной растворимости получается структура, состоящая из насыщенных растворов или твердого раствора и химического соединения.

Примеры систем (Pb–Sb, Cu–Bi, Zn–Sn, Pb–Sn, Pb–Bi, Ni–Cr, Fe–C, Al–Cu и др.). Каждая фаза имеет свою кристаллическую решетку.



Литература


  1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980

  2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986

  3. Сидорин И.И. Основы материаловедения. М., 1976

  4. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972


1Авиация и космонавтика
2Архитектура и строительство
3Астрономия
 
4Безопасность жизнедеятельности
5Биология
 
6Военная кафедра, гражданская оборона
 
7География, экономическая география
8Геология и геодезия
9Государственное регулирование и налоги
 
10Естествознание
 
11Журналистика
 
12Законодательство и право
13Адвокатура
14Административное право
15Арбитражное процессуальное право
16Банковское право
17Государство и право
18Гражданское право и процесс
19Жилищное право
20Законодательство зарубежных стран
21Земельное право
22Конституционное право
23Конституционное право зарубежных стран
24Международное право
25Муниципальное право
26Налоговое право
27Римское право
28Семейное право
29Таможенное право
30Трудовое право
31Уголовное право и процесс
32Финансовое право
33Хозяйственное право
34Экологическое право
35Юриспруденция
36Иностранные языки
37Информатика, информационные технологии
38Базы данных
39Компьютерные сети
40Программирование
41Искусство и культура
42Краеведение
43Культурология
44Музыка
45История
46Биографии
47Историческая личность
 
48Литература
 
49Маркетинг и реклама
50Математика
51Медицина и здоровье
52Менеджмент
53Антикризисное управление
54Делопроизводство и документооборот
55Логистика
 
56Педагогика
57Политология
58Правоохранительные органы
59Криминалистика и криминология
60Прочее
61Психология
62Юридическая психология
 
63Радиоэлектроника
64Религия
 
65Сельское хозяйство и землепользование
66Социология
67Страхование
 
68Технологии
69Материаловедение
70Машиностроение
71Металлургия
72Транспорт
73Туризм
 
74Физика
75Физкультура и спорт
76Философия
 
77Химия
 
78Экология, охрана природы
79Экономика и финансы
80Анализ хозяйственной деятельности
81Банковское дело и кредитование
82Биржевое дело
83Бухгалтерский учет и аудит
84История экономических учений
85Международные отношения
86Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
87Финансы
88Ценные бумаги и фондовый рынок
89Экономика предприятия
90Экономико-математическое моделирование
91Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Пытаясь продать старую болгарку, Сергей сел на 14 лет за работорговлю.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по металлургии "Строение и свойства фаз в металлических сплавах. Твёрдые растворы, химические соединения. Гетерогенные структуры", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru