Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В идеальном случае кристаллическое строение чистого компонента представляет в основном ненарушенное состояние. Второй компонент или замещает атомы первого компонента (твердый раствор замещения), или он может быть размещен в междоузлиях (твердый раствор внедрения). При ограниченной растворимости обоих компонентов, т.е. при наличии разрыва растворимости и имеющемся, таким образом, образовании двух фаз, в структуре наряду с границами зерен образуются дополнительные границы раздела фаз.
В случае эвтектики имеется, как правило, очень тонкая эвтектическая структура с максимумом на поверхностях раздела фаз. Как внедрение второго компонента в твердый раствор, так и дополнительное образование границ раздела фаз представляют нарушения в кристаллическом строении (Struetur) и в структуре (Geftige), выражающиеся в усложнении процессов скольжения в решетке, т.е. в торможении процессов пластической деформации. Соответственно могут подчиняться обсуждаемым диаграммам состояния и их различным областям характерные графики свойств сплавов в равновесном состоянии.
При гомогенных структурах, т.е. при полной растворимости компонентов в твердом состоянии, происходит самое сильное нарушение в межатомных связях, если примерно половина атомов базисной решетки замещена атомами второго компонента. Этот факт отражается в изменении твердости твердого раствора в такой системе, которая имеет плоский максимум (затвердевание твердого раствора) при средней концентрации (рис. 9.3.1).
Подобно твердости ведет себя электрическое сопротивление твердых растворов. С добавлением второго компонента появляются нарушения в полосах проводимости, которые, вообще, ведут к ухудшению проводимости, так что проводимость чистых металлов часто лучше, чем проводимость сплавов. Ликвации гомогенных твердых растворов благодаря выделениям можно установить путем наблюдения за проводимостью. При ликвации твердого раствора соответственно повышается проводимость.
Относительно свойств, в основном независимых от структуры в гетерогенных структурах, свойство сплава обозначено с помощью свойств отдельных фаз через их объемные доли в структуре в приближенном пропорциональном соотношении. Так, термическое расширение, теплопроводность, электропроводность, а также модуль упругости показывают, вообще, изменения, пропорциональные доли объема фаз.
Иначе обстоит дело у свойств, которые больше зависят от структуры, таких, как предел текучести, сужение, прочность на разрыв и других показателей прочности. Благодаря влиянию величины зерна, как это выражается, например, соотношением Холла—Петча, у очень мелкозернистых эвтектических структур твердость занимает четкий максимум (рис. 9.3.2). Если появляются интерметаллические соединения, то области существования этих соединений представляют одновременно максимум твердости, связанный с минимальными показателями вязкости, т.е. соответственно высокой хрупкостью (рис. 9.3.3).
Значимыми для химического растворения металлов, т.е. для коррозионных процессов без учета образования поверхностного слоя, являются величины потенциалов, из которых образуется положение в электрохимическом ряду напряжений. Если в твердом растворе происходит достаточно быстрая диффузия, то получается непрерывное изменение величин потенциалов от значений менее благородного металла (низкое значение потенциала) до значений более благородного металла (более высокое значение потенциала) (рис. 9.3.4).
Предпосылки для непрерывного изменения значений потенциалов, чтобы атомы легче растворяемого компонента достаточно быстро продолжали диффундировать, при комнатной температуре часть не имеется. При незначительной скорости диффузии в зависимости от концентрации единственный компонент определяет значение потенциала твердого раствора. С определенной критической концентрации происходит затем скачок величины потенциала над концентрацией другого компонента (рис. 9.3.5).
Доля более стойкого компонента, до которой твердый раствор остается стабильным до значения его потенциала, называется границей стойкости Таммана (Таммановой границей). Часто эта доля указывается в n/8 процентном числе молей. В сплошном ряду твердого раствора Ag-Au, например, сплав до 4/8 моль/% Ag в Au, так же как и чистое Au, не подвергается воздействию азотной и серной кислот, которые растворяют чистое Ag и сплавы с повышенным содержанием Ag. В гетерогенных структурах тотчас устанавливается значение потенциала менее благородной фазы, если здесь также оставить без внимания механизмы образования поверхностного слоя.
Выделение менее благородной фазы, образование соединения или нерастворимые примеси устанавливают при этих условиях материал всегда на потенциал неблагородной составной части. Таким образом, по своей стойкости гомогенные материалы превосходят материалы с гетерогенной структурой. Так, например, чистый алюминий и гомогенные сплавы алюминия являются более устойчивыми к коррозии, чем алюминий, который испытал благодаря выделениям повышение твердости и прочности. Высокая коррозионная стойкость аустенитных сталей основана отчасти на гомогенном структурном строении. Если свариваются, например, такие виды стали, то появляется опасность возникновения там гетерогенных структур, которые вызывают соответствующее постоянное уменьшение коррозионной стойкости.