Будова і властивості сплавів. Методи дослідження металів і сплавів

Лекція 4. Будова і властивості сплавів

1.  Поняття про сплави. Властивості чистих металів і сплавів, галузі застосування

2.  Поняття про компоненти сплава, фази та структурні складові. Приклади компонентів – Fe; C; Al; Cu; Fe₃C.

Приклади фаз - ферит, аустеніт, цементит, твердий розчин Cu в Al, Si у силумінах.

Приклади структурних складових – ферит, перліт, ледебурит, цементит.

3.  Взаємодія компонентів у сплаві

Компоненти утворюють: тверді розчини, хімічні сполуки, механічні суміші.

а) Тверді розчини:

-  затиснення -  r £ 0,59R_осн (Fe+C, N, H, B);

-  заміщення:обмежені (Al-Cu, Mg-Al, Cu-Zn); необмежені (Cu-Ni, Fe-Cr, Ag-Au).

Умові утворення необмежених твердих розчинів: однаковість граток, мала різниця атомних діаметрів, близькість хімічних властивостей.

4.  Властивості сплавів з різною взаємодією компонентів. Тверді розчини пластичні,  м’які, не зміцнюються термічною обробкою, мають підвищену корозійну стійкість, добре зварюються, погано обробляються різанням, зміцнюються тільки наклепом.

б) Хімічні сполуки AmBn-Fe₃C, CuAl₂, CuMgAl₂, MgZn₂, CuBe.

Вони маютьь свою кристалічну решітку, їхні властивості суттєво відрізняються від властивостей компонентів.

в) Механічні суміші: чистих компонентів – Pb-Sb; твердих розчинів і компонентів - a+Si в силумінах; твердих розчинів і хімічних сполук - a+Al₂Cu; Fe_a+Fe₃C; Cu_aBe – двофазна бронза.

5.  Можливість термічного зміцнення сумішей типу a+AmBn гартуванням та старінням за рахунок розчинення AmBn при нагріванні, гартування у воді та наступного старіння.

6.  Основні типи діаграм стану сплавів

а) необмежена розчинність компонентів (умови такої розчинності – однаковість кристалічної решітки; мала різниця атомних діаметрів (DD£8...12%); близькість хімічних властивостей);

б) обмежена розчинність і утворення евтектики; розподіл сплавів на деформовані та ливарні; можливість термічного зміцнення сплавів;

в) відсутність розчинності (Pb-Sb); утворення механічної суміші чистих компонентів з евтектикою;

г) утворення хімічної сполуки як можливого компонента (діаграма Fe-C при 6,67%C-Fe₃C).

7.  Взаємозв’язок між діаграмою стану сплавів та їх властивостями (закон Курнакова).

На рис.1 подані основні типи діаграм стану подвійних сплавів та характеру зміни властивостей цих сплавів.

8.  Методи дослідження металів і сплавів:

а) макроаналіз;

б) мікроаналіз;

в) електронна мікроскопія;

г) рентгеноструктурний аналіз.

Сутність цих методів та галузі їх застосування.

Макроаналіз – це вивчення структури металевих виробів за допомогою макрошліфів неозброєним оком.

Мікроаналіз проводиться шляхом вивчення травлених мікрошліфів на металографічних мікроскопах при збільшенні від 100 до 800 разів.

Електронні мікроскопи дають можливість розглядати елементи структури металів і сплавів при збільшенні до 100 тис. разів.

Розрішаюча спроможність рентгеноструктурного аналізу дозволяє визначити типи кристалічних граток металів та параметри цих граток.

Рис.1