Строение сплавов

При затвердевании жидкого раствора в сплавах получаются три типа соединений: 1) механическая смесь; 2) твердый раствор; 3) химическое соединение.

Указанные виды соединений различаются по структуре и по свойствам.

1. В сплаве, образующем после затвердевания механическую смесь, можно различить мельчайшие кристаллы соединившихся компонентов. Это значит, что в нем будут находиться все их кристаллические решетки. Образование такого сплава происходит при любом соотношении компонентов. Сплав — механическая смесь образуется при одинаковых и при различных кристаллических решетках.


2. В сплаве, образующем после затвердевания твердый раствор, будет находиться только одна решетка — того компонента, который является растворителем. Атомы растворенного компонента находятся в решетке растворителя. При этом возможны следующие виды растворов: а — твердый раствор замещения, когда атомы растворителя частично заменены в решетке атомами растворенного компонента, и б — твердый раствор внедрения, когда атомы растворенного вещества внедрены в решетку между атомами растворителя.

Твердые растворы замещения получаются обычно в тех случаях, когда атомы растворенного компонента и атомы растворителя имеют близкие размеры. Это наиболее распространенные типы растворов. К ним относятся медноникелевые, железохромистые, железомарганцевые и другие сплавы. Преимущественно это сплавы металлов с металлами. Объем новой решетки несколько изменяется в сторону увеличения или уменьшения параметров, в зависимости от размеров атомов растворенного компонента.

Твердые растворы внедрения получаются обычно при соединении металлов с неметаллами — например в сплавах железа с углеродом. Это объясняется тем, что атомы неметалла — растворенного компонента (в данном случае углерода) значительно меньше по размерам, чем атомы растворителя. При образовании твердого раствора внедрения параметры кристаллических решеток растворителя, как правило, увеличиваются. Твердый раствор образуется при любом соотношении компонентов; если два компонента имеют одинаковые решетки, то сохраняется решетка того компонента, концентрация которого превышает 50%.

3. Сплавы — химические соединения имеют совершенно новую решетку и новые физико-химические и механические свойства. Они образуются обычно при соединении компонентов, расположенных в периодической системе далеко один от другого и имеющих одинаковые или различные решетки. Химические соединения образуются при строго определенном соотношении компонентов.

От строения сплавов зависят их свойства. Связь между структурой сплава и его свойствами будет рассмотрена ниже. Строение сплава связано с процессом его кристаллизации.