Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

при образовании твердого раствора кристаллическая решетка всегда искажается и периоды ее изменяются (см. рис. 8, 3 и 4). При образовании твердого раствора замещ,екия период решетки может увеличиться или уменьшиться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя н растворенлого компонента. В случае твердого раствора внедрения период решетки растворителя всегда возрастает.

Микроструктура твердого раствора представляет собой однородные кристаллические зерна (рис. 39, а), мало отличающиеся от структуры чистого металла. В металловедении принято обозначать твердые растворы буквами греческого алфавита а, [3, у и т. д.

Все металлы могут в той или иной степени взаимно растворяться в твердом состоянии. Так, в алюминии может растворяться до 5,5 % Си, а в меди 39 % Zn без изменения типа их кристаллической решетки. В тех случаях, когда компоненты могут замещать один другого в кристаллической решетке в любых количественных соотношениях образуется непрерывный ряд твердых растворов.

Твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью могут образоваться при соблюдении следующих условий:

1. Компоненты должны обладать одинаковыми по типу (изоморфными) кристаллическими решетками.

2. Различие в размерах атомов (ионов) компонентов должно быть незначительным и не превышать 9-15 %.

3. Компоненты должны принадлежать к одной и той же группе периодической системы элементов или к смежным родственным группам.

Например, неограниченно растворяются в твердом состоянии следующие металлы с г. ц. к. решеткой: Ag и Au; Си и Ni; Fe и Со; Fe и Сг; Ni и Pd и др.

Твердые растворы внедрения могут возникнуть только в тех случаях, когда диаметр атома растворенного элемента невелик. Поэтому твердые растворы этого типа получаются лишь при растворении в металле (например, в железе, молибдене, хроме и т. д.) углерода, азота, водорода, т е. элементов с малым атомным радиусом. Твердые растворы внедрения могут быть только ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.

Упорядоченные твердые растворы {сверхструктуры). В некоторых сплавах (например, Си-Au, Fe-Al, Fe-Si, Ni-Mn и др.), образующих при высоких температурах растворы замещения (с неупорядоченным чередованием атомов компонентов), при медленном охлаждении или длительном нагреве при определенных температурах протекает процесс перераспределения атомов, е результате которого атомы компонентов занимают определенные положения в кристаллической решетке (рис. 40).

Такие твердые растворы называют у п о р я д о -

ченнымитверды-ми растворами или сверхструктурами.

Полиостью упорядоченные растворы образуются в том случае, когда отношение компонентов в сплаве, % (ат.), равно це.ггому числу; 1:1, i : 2, 1 3 и т. д. Тогда сплаву с упорядоченной структурой можно приписать формулу химического соединения, например CuZn или CugAu (рис. 40),

рис. 40. Кристаллическая решетка упорядоче111;ых растворов (сверхструктур):

а - CuZn: б - CusAu

Химические соединения

Характерными особенностями химических соединений, образованных по закону нормальной валентности, отличающими их от твердых растворов, являются сл<ду-ющие:

1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение.

2. В соединении всегда сохраняется кратное массовое соотношение элементов. Это позволяет выразить их состав простой формулой где А vl В - соответствующие элементы; пит - простые числа.

3. Свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов.

4. Температура плавления постоянная.

В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, име-

ющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

Примером типичных химических соединений с нормальной валентностью являются соединения магния с элементами iV-VI групп периодической системы-MgaSn, MggPb, MggSba, MgaBi, MgTe, MgS и др. Соединения одних металлов с другими носят общее название интерметаллидов или интерметаллических соединений. Химическая связь между атомами в и нтер металл идах чаще металлическая.

Большое число химических соединений, образующихся в металлических сплавах, не подчиняется законам валентности и не имеет постоянного состава.

Ниже будут рассмотрены наиболее важные промежуточные соединения, образующиеся в сплавах.

Фазы внедрения

Переходные металлы Fe, Mn, Cr, Мо и др. образуют с углеродом, азотом, бором и водородом, т. е. элементами с малым атомным радиусом, такие соединения, как карбиды, нитриды, бориды и гидриды. Они имеют много общего в строении и свойствах; часто их называют фазами внедрения.

Фазы внедрения имеют формулу: М14Х (FeN, МпЯ и др.), МзХ (FeN, WC, МоС и др.), MX (УС, TiN и др.).

Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (/?„) и металла (Я). Если RJR[,x < 0,59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной нз простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) или гексагональной (Г12), в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Фазы внедрения являются фазами переменного состава. Многие фазы внедрения обладают высокой твердостью.

Рассмотренные выше твердые растворы внедрения образуются при значительно меньшей концентрации второго компонента (С, N, Н) и имеют решетку металла-растворителя, тогда как фазы внедрения имеют кристаллическую решетку, отличную от решетки металла.

Если условие RJRm < 0,59 не выполняется, как это наблюдается для карбидов железа, марганца и хрома, то образуются соединения с более сложными