Сплавами называются материалы, получаемые при взаимном проникновении металла в металл или металла в неметалл, если эти материалы обладают характерными для металла свойствами. В качестве примеров сплава можно указать сталь — сплав железа с углеродом, бронзу — сплав меди с оловом.
Так как чистые металлы в большинстве случаев мало пригодны для технических целей и так как внесение в металлы примесей (в виде других металлов или металлоидов) сильно изменяет их свойства, то преимущественно употребляют не чистые металлы, а их сплавы с другими веществами. Останавливаясь на приведенных примерах сплавов, можно отметить, что ни чистое железо, ни чистая медь в подавляющем большинстве случаев не в состоянии удовлетворить требованиям, предъявляемым к металлам современной техникой. Чистое железо, например, по причине своей мягкости непригодно для изготовления множества предметов, начиная от иглы и кончая рельсом, а чистую медь по той же причине, а также вследствие легкой окисляемости нельзя применять для изделий, изготовляемых из бронзы.
Современная техника предъявляет к материалам самые разнообразные требования. Для изготовления крупных строительных конструкций, деталей быстроходных и мощных машин требуются высокопрочные материалы; металлообрабатывающая промышленность требует материалов для режущего инструмента, способных работать при высоких скоростях обработки.
Развитие реактивной техники потребовало от металлургов создания материалов, способных сохранять прочность при высоких температурах. В электротехнической промышленности наряду со специальными проводниковыми материалами, обладающими высокой электропроводностью, используют сплавы высокого сопротивления для различных нагревательных элементов. Широко применяют различного рода магнитные сплавы — сплавы с высокой магнитной проницаемостью и, наоборот, сплавы с низкой проницаемостью, но с высокой коэрцитивной силой. Трудно перечислить все разнообразие сплавов, используемых в настоящее время. Следует лишь подчеркнуть, что выполнение всех этих разнообразных и зачастую противоположных требований может быть осуществлено только путем использования в сплавах различных комбинаций химических элементов и воздействием на структуру сплава соответствующей обработкой.
Изменяя род и количество примеси, можно изменять свойства сплава и, следовательно, область его применения в технике.
Возможности получения сплавов весьма велики; пользуясь для этой цели лишь двадцатью металлами и образуя лишь двойные сплавы, можно получить
20.19/1.2= 190 сплавов. Изменяя соотношение между входящими в сплав элементами на 5%, можно получить в пределах каждого двойного сплава около двадцати сплавов с различными физическими свойствами; общее количество двойных сплавов из двадцати металлов возрастет таким образом до 190.20 = 3800.
Если принять во внимание, что нередко свойства сплава заметно изменяются от изменения соотношений между входящими в его состав элементами в размере даже десятых долей процента, то возможности получения материалов, обладающих самыми разнообразными качествами, при пользовании сплавами оказываются очень большими.
Составные части сплава принято называть его компонентами. Компонент, преобладающий в сплаве количественно, называется основным; компоненты, вводимые намеренно,—легирующими; компоненты, присутствие которых случайно и необязательно, —примесями. Физически и химически однородные части сплава, отделенные друг от друга поверхностями раздела, называют фазами. Совокупность компонентов сплава называют системой; например, сплав, состоящий из двух компонентов — меди и никеля, представляет систему медь—никель; в твердом состоянии эти компоненты при любом соотношении между ними взаимно растворяются и образуют одну фазу — твердый раствор.
Получение сплавов
Для образования сплавов необходимо тесное соприкосновение между частицами его компонентов, достигаемое следующими приемами: 1) расплавлением каждого компонента в отдельности и их смешением; 2) расплавлением одного из компонентов и растворением в расплавленном компоненте нерасплавленного; 3) одновременным нагревом до расплавления смеси твердых компонентов; 4) воздействием на твердый компонент другим компонентом, находящимся в твердом, жидком или газообразном состоянии при тесном соприкосновении и соответствующей температуре; 5) прессованием порошкообразной смеси компонентов.
Первый прием практически неудобен вследствие необходимости иметь несколько плавильных приспособлений, а также по причине высокой температуры плавления некоторых составных частей сплавов, если их подвергают расплавлению в чистом виде.
Второй прием удобнее вследствие возможности растворять тугоплавкий твердый компонент в расплавленном легкоплавком: например, сначала расплавляют медь и к ней добавляют в твердом виде никель. Так как температура плавления меди 1083°, а никеля 1452°, то процесс образования сплава вести значительно легче.
Третий прием по существу подобен второму, так как плавящийся компонент растворяет в себе более тугоплавкий.
Четвертый прием можно применять в тех случаях, если компоненты сплава могут образовать твердые растворы (в качестве примера можно указать на науглероживание стали в процессе цементации).
Применение пятого приема возможно лишь в тех случаях, если подвергаемые прессованию составные части сплава доводятся до такого близкого соприкосновения, при котором становится возможным действие сил межатомного притяжения. Опыт показывает, что для образования сплава путем прессования, кроме надлежащего давления, необходим некоторый подогрев прессуемой смеси.
Структура сплавов
Сплавы, подобно металлам, имеют кристаллическое строение. В зависимости от природы компонентов, а иногда и от отношения весовых количеств компонентов сплавы могут представлять собой смесь кристаллов чистых компонентов, твердый раствор или химическое соединение.
Смесь кристаллов чистых компонентов. Каждый кристалл такой смеси состоит из атомов одного из веществ, входящих в состав сплава. Такое строение имеет, например, сплав свинца с сурьмой; при рассмотрении травленого шлифа этого сплава под микроскопом зерна сурьмы и зерна свинца ясно различимы.
Твердый раствор. В этом случае кристаллы сплава содержат одновременно несколько элементов, которые могут входить в состав кристаллов в произвольных весовых отношениях (в пределах растворимости); эти элементы не различимы под микроскопом при самых больших увеличениях (например, в сплаве меди с никелем).
Химическое соединение. Входящие в состав химического соединения элементы могут участвовать в нем лишь в определенных весовых отношениях, кратных своим атомным весам. Образование химического соединения обычно сопровождается возникновением нового типа кристаллической решетки.
Три типа указанных структур не всегда бывают выражены в сплавах в чистом виде. Сплав двух компонентов, способных к образованию химического соединения, при избытке одного компонента может представлять собой смесь кристаллов химического соединения с кристаллами не вошедшей в состав химического соединения части избыточного компонента. Кроме того, как будет видно из дальнейшего рассмотрения, структура сплавов может быть очень сложной в зависимости от характера термической обработки сплава. Нередки случаи, когда все указанные типы структур представлены в одном сплаве одновременно.
При переходе сплава из жидкого состояния в твердое может иметь место неравномерное распределение компонентов сплава в различных точках слитка. Неравномерное распределение в слитке компонентов сплава называют ликвацией или сегрегацией.
В тех случаях, когда сплав при затвердевании образует твердый раствор, может иметь место неоднородность химического состава и в различных точках отдельных кристаллов. Такой вид ликвации называется внутрикристаллической ликвацией в отличие от ликвации по отливке в целом; последний вид ликвации называется зональной ликвацией.
Растворы (твердые и жидкие) и химические соединения являются отдельными фазами сплава.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com