Растворимостью компонентов

При образовании твердого раствора атомы растворимого компонента располагаются в кристаллической решетке компонента-растворителя. И хотя эти сплавы могут быть двух- и более компонентными, они, подобно чистому металлу, имеют однородные зерна и лишь один тип кристаллической решетки (рис. 3.3). Твердые растворы являются однофазными системами.

Твердый раствор замещения показан на рис. 67, а. Необходимыми (но недостаточными) условиями для образования твердого раствора с неограниченной растворимостью являются: 1) изоморфизм кристаллических решеток растворителя и растворимого компонента; 2) различие

Образование твердых растворов замещения сопровождается изменениями физико-химических свойств сплава, поскольку введение атомов растворимого компонента в решетку растворителя изменяет ее внутреннюю энергию, а сама решетка при этом искажается (увеличивается электросопротивление, коэрцитивная сила, твердость и др.).

Повышение прочности (рис. 79) в твердом растворе замещения прямо пропорционально концентрации растворенного элемента (до 10—30 %). Однако абсолютная величина упрочнения зависит от вида растворимого компонента (рис. 79). Величина Ки ПРИ образовании твердых растворов снижается. В случае твердого раствора внедрения прочность во много раз больше, чем при образовании твердого раствора замещения при той же концентрации. Очень затрудняют движение дислокации, а следовательно, повышают прочность атмосферы Коттрелла, даже при малом содер-

новесия сомнительно. Для многих систем, в которых твердый раствор находится в равновесии с фазой постоянного состава, можно построить прямолинейный график, если отложить по осям координат значение log 5 и 1/Т, где 5 — концентрация растворимого компонента на границе твердого раствора в атомных процентах, а Т — температура в градусах абсолютной шкалы. Эта зависимость не имеет строгого термодинамического обоснования, но. она достаточно общая; любое заметное отклонение от нее указывает на ошибку в построении кривой растворимости.

состава. При этом важно быть уверенным, что кривая снята достаточно подробно и нет ошибок от неоправданных экстраполяции или необнаруженных изломов кривой. Пусть, например, в некоторой исследуемой системе граница растворимости расположена в интервале 5—10% (атомн.) растворимого компонента, и экспериментальные точки, найденные по данным измерения периода решетки, располагаются так, как показано на рис. 143, а. Здесь период решетки определен для сплавов с содержанием 0—7% растворимого элемента. В прежних, исследованиях через точки проводили прямую линию и экстраполировали ее до больших содержаний, например до 10% (атомн.). Ясно, что таким путем период решетки в интервале 7—10% определить нельзя и, если зависимость периода решетки от состава в действительности выражается, как показано пунктирной линией, могут быть сделаны совершенно ошибочные заключения. Следует отметить также, что полученные в этом случае результаты по растворимости при различных темпера-

новесия сомнительно. Для многих систем, в которых твердый раствор находится в равновесии с фазой постоянного состава, можно построить прямолинейный график, если отложить по осям координат значение log 5 и 1/Т, где 5 — концентрация растворимого компонента на границе твердого раствора в атомных процентах, а Т — температура в градусах абсолютной шкалы. Эта зависимость не имеет строгого термодинамического обоснования, но. она достаточно общая; любое заметное отклонение от нее указывает на ошибку в построении кривой растворимости.

состава. При этом важно быть уверенным, что кривая снята достаточно подробно и нет ошибок от неоправданных экстраполяции или необнаруженных изломов кривой. Пусть, например, в некоторой исследуемой системе граница растворимости расположена в интервале 5—10% (атомн.) растворимого компонента, и экспериментальные точки, найденные по данным измерения периода решетки, располагаются так, как показано на рис. 143, а. Здесь период решетки определен для сплавов с содержанием 0—7% растворимого элемента. В прежних, исследованиях через точки проводили прямую линию и экстраполировали ее до больших содержаний, например до 10% (атомн.). Ясно, что таким путем период решетки в интервале 7—10% определить нельзя и, если зависимость периода решетки от состава в действительности выражается, как показано пунктирной линией, могут быть сделаны совершенно ошибочные заключения. Следует отметить также, что полученные в этом случае результаты по растворимости при различных темпера-

взаимной растворимости компонентов или в случае, когда количество растворимого компонента не превышает его предельной растворимости. Микроструктура таких сплавов представляет собой зерна твердого раствора. Форма зерен (рис. 12) может быть:

Если атомы растворимого компонента замещают в узлах решетки атомы компонента-растворителя, то образующийся раствор называется твердым раствором замещения (рис. 3.1, а). Такие растворы образуют компоненты с

Атомы компонента-растворителя Атомы растворимого компонента а б

Из однофазных гомогенных сплавов практически большой интерес в качестве конструкционных материалов представляют твердые растворы, главным образом с неограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях.

схема Си — Sn относится к типу сплавов с ограниченной растворимостью компонентов. Практическое применение в качестве коррозионностойких оловянистых бронз нашли сплавы Си — Sn, содержащие до 13,9% Sn. При таком содержании олова бронзы представляют собой однородный а-твердый раствор. С увеличением содержания олова появляется вторая фаза, с потенциалом, отличным от потенциала сс-фазы твердого раствора. Обычно применяются бронзы, в которых содержится не более 10% Sn. Характерной особенностью оловянистых бронз является большой интервал кристаллизации, достигающий 150—160° С.

В сплавах с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии фазовые превращения протекают и при нагреве.

растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях

Твердые растворы замещения возникают при полной или частичной замене атомов растворителя в узлах его решетки атомами растворенного элемента. В первом случае образуется твердый раствор с неограниченной растворимостью компонентов (неограниченные твердые растворы), во втором — с ограниченной растворимостью (ограниченные твердые растворы).

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии для условно принятых компонентов системы А и В приведена на рис. 70. Верхняя линия АВ — геометрическое место

лов твердого раствора с неограниченной растворимостью компонентов оств. р.. Выделение теплоты кристаллизации несколько замедляет уменьшение температуры на участке 1—2 кривой охлаждения.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии приведена на рис. 72. Выше линии ликвидус (АСВ) — находится жидкая фаза; ниже линии солидус (ADCEB) сплавы находятся в твердом состоянии и являются однофазными или двухфазными (а + 3), где а и i — твердые растворы компонентов В в А (а) и А в В (Р). В интервалах кристаллизации наблюдается двухфазное равновесие, отвечающее фазам (ж + а) или (ж + Р). Точка D для твердого раствора а и точка Е для твердого раствора р показывают максимальную растворимость соответствующих компонентов. С уменьшением температуры растворимость металлов в твердом состоянии уменьшается; точки F и G соответственно показывают предельно возможную

В процессе охлаждения количество кристаллов рц увеличивается, в чем можно убедиться, применяя правило рычага; например, если при температуре в точке а количество Ри-фазы пропорционально отрезку ab, то при температуре 20° С оно пропорционально отрезку F—4. Сплавы с _ограниченной растворимостью компонентов наблюдаются в системах: Ni—Cr, А1—Си, Fe—С, Си—Ag, Ое-Ag, Co—Cr и др. foC

Термическая обработка, не сопровождающаяся фазовыми превращениями, встречается при обработке чистых металлов или однофазных сплавов, наблюдающихся в системах с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (см. рис. 70), в системах сплавов с ограниченной растворимостью компонентов при концентрациях последних, определяемых отрезками А—F и В—G (см. рис. 72), а также в системах сплавов, имеющих эвтектоидную структуру (см. рис. 77). Термическая обработка при нагреве последних ниже критической точки Ас± для всех указанных случаев, состоящая из нагрева сплавов, исключающих фазовые превращения, с последующим медленным охлаждением (обычно с печью) называется отжигом первого рода. Отжиг первого рода применяют для устранения наклепа и волокнистой структуры металлов и сплавов ранее прошедших холодную пластическую деформацию. Таким образом, при отжиге первого рода в зависимости от температуры нагрева могут происходить процессы возврата и рекристаллизации, ведущие к снятию напряжений и к разупрочнению.

фазовые превращения при нагреве и охлаждении не сопровождаются полиморфными превращениями; 2) у которых фазовые превращения при нагреве и охлаждении сопровождаются полиморфными превращениями. Первый случай наблюдается в системах сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии и справедлив для интервала концентраций F—D' и G—F' (см. рис. 72). Второй случай наблюдается в системах сплавов с эвтектоидным превращением или без него (рис. 79, б, в). Оба случая имеют большое значение для практики терми-• ческой обработки промышленно-важных сплавов.