Лекция Материаловедение. Технология конструкционных материалов Лектор: канд. техн. наук, доцент кафедры автосервиса и материаловедения Кубанского государственного технологического университета Арефьева Светлана Александровна Лекция ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. 2. 3. 4. 5. Диаграмма состояния I рода. Эвтектическая кристаллизация. Диаграмма состояния II рода. Диаграмма состояния системы с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Диаграмма состояния III рода. Диаграмма состояния системы с ограниченной растворимостью компонентов. Диаграмма состояния IV рода. Диаграмма состояния с химическим соединением. Связь между структурой и свойствами сплавов. Закон Курнакова. Лекция Сплав – вещество, полученное сплавлением двух или более компонентов. Компоненты – вещества, входящие в состав сплава (в общем виде А и В). Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Лекция Лекция ВИДЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ В СПЛАВЕ В жидком состоянии компоненты сплава обычно неограниченно растворяются друг в друге, образуя жидкие растворы. В твердом состоянии компоненты образовывать: 1. Механическую смесь 2. Химическое соединение 3. Твердый раствор сплава могут Лекция МЕХАНИЧЕСКАЯ СМЕСЬ Компоненты: А, В Компоненты не способны к взаимному растворению и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. Рентгенограмма показывает наличие двух решеток. Микроструктура состоит из зерен А и В. Лекция ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ Компоненты: А, В При образовании химического соединения: соотношение чисел атомов элементов соответствует стехиометрической пропорции, что может быть выражено простой формулой (AnBm); образуется кристаллическая решетка отличная от решеток А и В с упорядоченным расположением в ней атомов компонентов; микроструктура – зерна (AnBm ); химическое соединение имеет собственную температуру плавления; свойства химического соединения резко отличаются от свойств исходных компонентов. Лекция ТВЕРДЫЙ РАСТВОР Компоненты: А, В Это твердая фаза, в которой один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого компонентов) располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры. Растворитель –А, растворимое – В, тогда твердый раствор А(В) – α; Растворитель –В, растворимое – А, тогда твердый раствор В(А) – β. Лекция ТВЕРДЫЙ РАСТВОР ЗАМЕЩЕНИЯ образуется в результате замещения атомов одного компонента атомами другого в кристаллической решетке Твердые растворы замещения могут быть: неограниченные при условиях: наличия у обоих компонент одинаковых кристаллических решеток, малое различие атомных размеров компонентов, близкое расположение в Периодической системе Менделеева. ограниченные при несоблюдении этих условий. Лекция ТВЕРДЫЙ РАСТВОР ВНЕДРЕНИЯ образуется при внедрении атомов одного компонента в кристаллическую решетку второго. Твердые растворы внедрения всегда ограниченные. Лекция Химический анализ показывает наличие двух элементов. Рентгеновский обнаруживает один тип кристаллической решетки – решетки растворителя. В отличие от механической смеси твердый раствор является однофазным, состоит из одного вида кристаллов, имеет одну кристаллическую решетку. В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Лекция ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ Лекция ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЯ Лекция ПРАВИЛО ФАЗ Компонентами (k) называются вещества, образующие систему. Фазой (f) называется однородная часть системы, отделенная от других частей системы (фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяется скачком. Число степеней свободы (с) – число внешних и внутренних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения числа фаз в системе. Правило фаз (при условии, что все превращения в металле происходят при постоянном давлении): с=k–f+1 Если с=0, то система нонвариантная, то есть любое изменение внешних факторов приведет к изменению числа фаз в системе. Если с=1 – система моновариантная, то есть если изменяется температура, то изменяется и концентрация компонентов в фазах. Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДЛЯ СПЛАВОВ, ОБРАЗУЮЩИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ СМЕСИ ИЗ ЧИСТЫХ КОМПОНЕНТОВ (I РОДА) Оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, а в твердом состоянии нерастворимы и не образуют химических соединений. Компоненты: вещества А и В (например: свинец - сурьма). Механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкости называется эвтектикой (легкоплавящаяся – греч.) Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ I РОДА Лекция ПРАВИЛА ОТРЕЗКОВ Лекция ПРАВИЛА ОТРЕЗКОВ Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДЛЯ СПЛАВОВ, ОБРАЗУЮЩИХ НЕОГРАНИЧЕННЫЙ ТВЕРДЫЙ РАСТВОР (II РОДА) Оба компонента в жидком и твердом состояниях неограниченно растворимы, не образуют химических соединений. Компоненты: вещества А и В (например: медь - никель). Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ II РОДА Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ II РОДА Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДЛЯ СПЛАВОВ, ОБРАЗУЮЩИХ ОГРАНИЧЕННЫЕ ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ (III РОДА) Оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, в твердом состоянии ограниченно растворимы друг в друге, не образуют химических соединений. Компоненты: вещества А и В (например: алюминий кремний). Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ III РОДА (с эвтектическим превращением) Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ III РОДА (с эвтектическим превращением) Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ III РОДА (с эвтектическим превращением) Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДЛЯ СПЛАВОВ, ОБРАЗУЮЩИХ ОГРАНИЧЕННЫЕ ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ (III РОДА) Оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, в твердом состоянии ограниченно растворимы друг в друге, не образуют химических соединений. Компоненты: вещества А и В (например: алюминий кремний). Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ III РОДА (с перитектическим превращением) Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ III РОДА (с перитектическим превращением) Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДЛЯ СПЛАВОВ, ОБРАЗУЮЩИХ ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ (IV РОДА) Оба компонента в жидком состоянии неограниченно растворимы, в твердом состоянии не растворимы друг в друге, образуют химическое соединение. Компоненты: вещества А и В Лекция ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ IV РОДА Лекция СВЯЗЬ МЕЖДУ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ СПЛАВОВ. ЗАКОН КУРНАКОВА. Лекция СВЯЗЬ МЕЖДУ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ СПЛАВОВ. ЗАКОН КУРНАКОВА. 1. При образовании смесей свойства сплава изменяются по линейному закону. Значения свойств сплава находятся в интервале между свойствами чистых компонентов. 2. При образовании твердых растворов свойства сплава изменяются по криволинейной зависимости, причем некоторые свойства, в первую очередь электросопротивление, могут значительно отличаться от свойств компонентов. Закон Курнакова: Распад твердого раствора на две (или более) фазы приводит к повышению электропроводности. 3. При образовании ограниченных твердых растворов свойства в интервале концентраций, отвечающим однофазным твердым растворам, изменяются по криволинейному, а в двухфазной области по прямолинейному закону. Точки E и F определяют свойства чистых фаз. 4. Концентрация химического соединения отвечает максимуму или минимуму на кривой – сингулярная точка (от лат. singularus – особая). Лекция 4 Спасибо за внимание!
