Теория металлических сплавов
Чистые металлы находят в технике относительно ограниченное использование. Громаднейшим распространением пользуются железные сплавы либо совокупности, образованные двумя, тремя либо несколькими металлами время от времени с участием некоторых металлоидов либо химических соединений.
Элементы либо химические соединения, образующие этот сплав, в большинстве случаев именуют компонентами.
Известно очень много железных сплавов из двух, трех либо более компонентов. Простое описание их, не подчиненное какой-то строгой научной систематике, воображало бы собой громадный многотомный труд, изучить что с большей либо меньшей полнотой не имелось бы никакой возможности.
Внести стройный порядок в изучение бессчётных сплавов либо совокупностей оказывают помощь рациональные способы физико-химического изучения. В этом смысле громадное значение имеют те из них, каковые разрешают надежно и довольно легко изучить состояния сплавов при трансформации температуры.
Использование таких способов позволяет взять очень удобные для применения простые графики, именуемые ди-аграммамй состояний. Из этих графиков видно, как ведут себя при различных температурах сплавы данной совокупности при любом количественном соотношении компонентов.
Самый детально созданы и изучены диаграммы состояний железных совокупностей из двух компонентов. Огромное количество разнообразных двойных сплавов (совокупностей) возможно разбито на небольшое число категорий в зависимости от того, к какому из типов диаграмм состояний относятся те либо иные сплавы.
Чтобы достаточно полно охватить самые важные фактически используемые двойные сплавы, выясняется нужным изучить всего пять-шесть типов диаграмм состояний.
В несложной и наглядной форме диаграммы состояний информируют сведения о разных превращениях, происходящих в сплавах данной совокупности при охлаждении и нагревании. Так, к примеру, для любого выбранного сплава по диаграмме возможно легко установить конца плавления и температуры начала при нагревании и затвердевания (кристаллизации) при охлаждении.
В один момент нетрудно выяснить, затвердевает ли сплав как поликристалл, сложенный из однородных по свойствам и составу кристаллитов, либо в нем образуются совсем различные виды кристаллитов, отличающиеся друг от друга по свойствам и составу.
Наконец, диаграммы состояний говорят о том, происходят ли по окончании затвердевания сплава при последующем охлаждении его какие-нибудь предстоящие превращения в появившихся кристаллитах и как в этом случае будет изменяться их состав.
Диаграммы состояний разрешают делать выводы кроме того о вероятной структуре сплавов и количественном соотношении в них разных структурных составляющих.
С позиций практики диаграммы состояний имеют неоценимое значение: они разрешают взять серьёзные сведения относительно ряда технологических, а иногда и эксплуатационных черт. Так, к примеру, при помощи диаграмм состояний возможно выяснить температуру полного расплавления сплава, разрешающую установить режимы литья, ковки, штамповки и т. д., и температуры превращения в жёстком состоянии, по которым назначаются режимы термической обработки сплавов.
По указанным температурам возможно как следует оценить такие эксплуатационные особенности сплавов, как их жаропрочность.
Среди известных способов построения диаграмм состояний самоё широкое распространение взял термический. Данный способ, применяющий построение термических кривых в координатах температура—время, разрешает смотреть за теплосодержанием изучаемого сплава при нагревании либо охлаждении.
Начало либо финиш превращения в сплаве сопровождается быстрым трансформацией теплосодержания, благодаря чего на темпе-татуриых кривых наблюдаются или остановки в виде горизонтальных площадок, в случае если выделение либо поглощение тепла происходит при одной какой-нибудь температуре, или переломы, в случае если это выделение либо поглощение тепла происходит в промежутке температур.
Температуры, соответствующие переломам и остановкам на термических кривых, как уже было изложено, именуются критическими температурами, критическими температурными точками либо легко критическими точками.
Исследуя критические точки серии сплавов, относящихся к изучаемой совокупности, и нанося их на диаграмму с координатами температура — концентрация компонентов, приобретают диаграмму состояний для данной совокупности.
Сейчас, перед тем как приступить к описанию разных диаграмм состояний совокупностей железных сплавов, нужно остановиться на более строгом определении некоторых упоминавшихся понятий таких, как совокупность, фаза и компонент.
Совокупностью именуется обособленная совокупность веществ, в которой вероятны разные физико-химические превращения. Эти превращения смогут пребывать в кристаллизации и плавлении, распаде и образовании жидких и жёстких растворов, диссоциации и образовании химических соединений и т. д.
Компоненты совокупности представляют собой вещества (элементы либо химические соединения), нужные для образовании совокупности. Совокупность может складываться из одного, двух либо многих компонентов.
Так, к примеру, чистый свинец будет воображать собой однокомпонентную совокупность: при нагревании в нем происходит превращение в виде перехода из кристаллического в жидкое состояние, а при охлаждении — обратное превращение из жидкого в жёсткое состояние.
Сплавы свинца с сурьмой являются двухкомпо-нентную совокупность, где компонентами являются чистые металлы — сурьма и свинец.
Сплавы железа с цементитом ИезС, т. е. чугуны и углеродистые стали, составляют кроме этого двухкомпонентную совокупность, но грамотного уже не двумя чистыми металлами, а чистым металлом — химическим соединением и железом железа с углеродом — цементитом.
Сплавы алюминия, магния и меди (к примеру, дюралюмины) составляют трехкомпонентную совокупность. Хромоникелевые стали, которые содержат железо, углерод, никель и хром — четырехкомпо-нентную и т. д.
Частенько двухкомпонентную совокупность именуют двойной либо двоичной, трехкомпонентную — тройной и т. д. При наличии компонентов более чем четырех-пяти совокупность в большинстве случаев именуют многокомпонентной.
Каждая совокупность при трансформации влияющих на нее внешних факторов, к примеру давления и температуры, может иметь неоднородное строение, слагаясь из разных по свойствам и составу частей либо из разных фаз. Дабы характеризовать состояние совокупности при любых трансформациях воздействующих на нее внешних факторов, нужно определить понятие фазы.
Фазой совокупности либо легко фазой именуется совокупность однородных (гомогенных) частей совокупности, однообразных по физическим свойствам и химическому составу.
Фазы смогут быть жёсткими, жидкими и газовыми.
Для усвоения новых понятий приведем пара несложных примеров.
1. Простая дистиллированная вода, налитая в какой-нибудь сосуд, может рассматриваться как совокупность из одного компонента — Н20. характер и Число фаз в данной совокупности будет зависеть от давления и температуры.
При атмосферном давлении и обычных температурах эта однокомпонентная совокупность складывается из двух фаз (жидкой и газовой) в виде водяного пара и воды над ней.
При понижении температуры замерзающая вода будет воображать собой однокомпонентную совокупность, складывающуюся из трех фаз — жидкой, газовой и новой жёсткой фазы, складывающейся из всех кристалликов льда, сколько бы их ни появилось.
Совсем замерзшая вода есть совокупностью из одного компонента, распределенного в двух фазах в виде паров и льда воды над его поверхностью.
2. Насыщенный раствор поваренной соли в воде с недораст-воренными кристалликами соли может рассматриваться как совокупность из двух компонентов — Н20 и NaCl, распределенных в трех фазах: жидкой в виде насыщенного раствора соли в воде, жёсткой в виде недорастворенных кристалликов соли и газовой в виде паров воды над раствором.
3. Чистый атмосферный воздушное пространство представляет собой двухкомпонентную совокупность, составленную из кислорода и азота, где оба компонента образуют одну газовую фазу.
Воздушное пространство промышленных районов, загрязненный, к примеру, серным ангидридом и двуокисью углерода, будет являться четырехкомпонентной совокупностью, но так же, как и прежде с одной единственной газовой фазой.
4. Жидкие металлы практически во всех случаях склонны при смешении образовывать подобно газам однофазные совокупности из нескольких компонентов. Но известны примеры полной либо практически полной нерастворимости жидких металлов друг в друге.
В этом случае они находятся слоями по удельному весу. Такие жидкие сплавы уже не будут однофазными.
медь и Свинец, к примеру, склонны образовывать при расплавлении двухфазную смесь.
