Строение металлических сплавов

Міністерство  освіти та науки

Молоді  та спорту України

 

 

 

 

Кафедра української та російської мови та лінгвістики

 

 

 

Індивідуальна домашня робота з курсу:

«Основи лінгвістики та термінологічної  підготовки фахівця»

 

 

 

Переклад  науково – технічної статті

«Будова металевих сплавів»

 

 

 

 

Виконала: ст. гр. МТ-30б

Мазанова Д.

Викладач: Шевченко В. Ф.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М. Харків

2012 р. 

Строение  металлических сплавов

Химические элементы из которых состоит сплав называют компонентами. При взаимодействии компонентов в сплавах образуются фазы. Фаза - однородная часть сплава отделенная от других поверхностью раздела. При изучении процессов, происходящих при нагреве и охлаждении сплавов, используются диаграммы состояния, которые строят опытным путем. Диаграммой состояния называют график, который показывает фазовое состояние сплава в зависимости от температуры и химического состава. Следует иметь в виду, что диаграммы состояния построены для условий медленного нагрева или охлаждения.

В сплавах могут быть следующие  типы твердых фаз: кристаллы чистых компонентов, кристаллы твердых  растворов, кристаллы химических соединений.

Кристаллы чистых компонентов состоят из одинаковых атомов, расположенных в виде кристаллической решетки.

Кристаллы твердых растворов состоят из разноименных атомов, образующих общую кристаллическую решетку, тип которой такой же, как у одного из входящих компонентов. При рассмотрении в микроскоп твердые растворы выглядят, как чистые металлы, т.е. являются однофазными. В отличие от химических соединений твердые растворы существуют не при определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Поэтому они на диаграммах состояния всегда занимают определенные области. Твердые растворы, как правило, имеют невысокую твердость.

В промышленных сплавах  наиболее часто встречаются два типа твердых растворов: замещения и внедрения.

В твердых растворах замещения  атомы растворимого элемента занимают в кристаллической решетке  места атомов растворителя. Такие твердые растворы могут быть ограниченной и неограниченной растворимости. При неограниченной растворимости любое количество атомов одного компонента может быть заменено атомами другого компонента. Это возможно при выполнении следующих условий: у обоих компонентов одинаковый тип кристаллической решетки, сходное строение валентной электронной оболочки атомов, малое различие в размерах атомов.

Если у двух металлов с  одинаковым типом кристаллической  решетки диаметры атомов различаются  значительно, то растворение второго  компонента приводит к сильным искажениям кристаллической решетки. Когда  эти искажения достигают определенной величины, решетка становится неустойчивой, что приводит к пределу растворимости.

Твердые растворы замещения  всегда образуются между металлами, например, железо с Cr, Mn, Ni, W, Co.

В твердых растворах внедрения  атомы растворимого элемента размещаются  в междуузельных пространствах кристаллической решетки элемента растворителя. Такие твердые растворы образуются в том случае, когда диаметр атомов растворимого элемента много меньше, чем диаметр атомов элемента растворителя. Поэтому такие твердые растворы образуются между металлами и неметаллами (С,Н,О,N), имеющими малые размеры атомов. Образование таких твердых растворов приводит к некоторому искажению кристаллической решетки и к увеличению параметра решетки. Примером таких твердых растворов в стали служит феррит (твердый раствор внедрения углерода в aFe) и аустенит (твердый раствор внедрения углерода в gFe).Схемы твердых растворов замещения и внедрения показаны на рис. 2.

Следует, однако,  иметь в виду, что в промышленных сплавах, например в сталях, нет  в чистом виде твердых растворов замещения и внедрения. Даже простые углеродистые стали представляют собой сложные многокомпонентные сплавы, в которых образуются твердые растворы внедрения на базе твердых растворов замещения.

Химические соединения - такие фазы, которым можно приписать простые стехиометрические формулы. Они имеют обычно сложную кристаллическую решетку с упорядоченным расположением атомов, тип которой отличается от решеток входящих в них компонентов. Состав химических соединений, в отличие от тверды растворов, постоянный и не изменяется с изменением температуры. Поэтому на диаграммах состояния химические соединения показывают вертикальной прямой  линией.

Свойства химических соединений всегда сильно отличаются от свойств   входящих в них компонентов.

В сталях наибольший интерес  представляет химическое соединение Fe₃C, обладающее высокой твердостью и хрупкостью.

При рассмотрении сплавов  в микроскоп видны структурные составляющие. Структурными составляющими называют участки сплава, которые выглядят одинаково (светлыми, темными, пестрыми). Структурные составляющие выявляют путем травления полированных образцов-шлифов кислотами или другими реактивами. Структурные составляющие могут состоять из одной или нескольких фаз.

Все сплавы в твердом состоянии  могут состоять из следующих структурных  составляющих:

1. Кристаллов твердых  растворов,

2. Кристаллов химических  соединений,

3. Механической смеси  кристаллов различных типов (кристаллов  чистых компонентов, твердых растворов  и химических соединений).

При образовании механических смесей особо выделяют однородные механические смеси, которые являются самостоятельными   структурными составляющими и при рассмотрении в микроскоп выглядят однородными участками.

Если однородная механическая смесь образовалась при кристаллизации из жидкого состояния, то она называется эвтектикой. Например, при кристаллизации  белого чугуна содержащего 4,3%С образуется эвтектика (однородная  механическая смесь состоящая из аустенита и цементита), которая имеет специальное название ледебурит.

Если однородная механическая смесь кристаллов образовалась в  твердом состоянии, то она называется эвтектоидом. Например, в углеродистой стали содержащей  0,83%С при охлаждении ниже 723⁰ аустенит распадается на феррит и цементит. Такая однородная механическая смесь в сталях имеет специальное название - перлит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Будова  металевих сплавів

Хімічні елементи з яких складається сплав називають компонентами. При взаємодії компонентів у сплавах утворюються фази. Фаза - однорідна частина сплаву відокремлена від інших поверхнею розділу. При вивченні процесів, що відбуваються при нагріванні й охолодженні сплавів, використовуються діаграми стану, які будують дослідним шляхом. Діаграмою стану називають графік, що показує фазовий стан сплаву в залежності від температури і хімічного складу. Слід мати на увазі, що діаграми стану побудовані для умов повільного підігріву чи охолодження.

У сплавах можуть бути наступні типи твердих фаз: кристали чистих компонентів, кристали твердих розчинів, кристали хімічних сполук.

Кристали чистих компонентів складаються з однакових атомів, розташованих у вигляді кристалічної решітки.

Кристали твердих розчинів складаються з різнойменних атомів, що утворюють загальну кристалічну решітку, тип якої такий же, як в одного з вхідних компонентів. При розгляді у мікроскоп тверді розчини виглядають, як чисті метали, тобто є однофазними. На відміну від хімічних сполук тверді розчини існують не при певному співвідношенні компонентів, а в інтервалі концентрацій. Тому вони на діаграмах стану завжди займають певні області. Тверді розчини, як правило, мають невисоку твердість.

У промислових сплавах частіше зустрічаються два типи твердих розчинів: заміщення і впровадження.

У твердих розчинах заміщення атоми розчинної елемента займають в кристалічній решітці місця атомів розчинника. Такі тверді розчини можуть бути обмеженої та необмеженої розчинності. При необмеженій розчинності будь-яку кількість атомів одного компонента може бути замінено атомами іншого компонента. Це можливо при виконанні наступних умов: однаковий тип кристалічної решітки у обох компонентів, схожа будова валентної електронної оболонки атомів, мала різницю в розмірах атомів.

Якщо у двох металів з однаковим типом кристалічної решітки діаметри атомів значно відрізняються, то розчинення другого компонента призводить до сильних спотворень кристалічної решітки. Коли ці спотворення досягають певної величини, то решітка стає нестійкою, що призводить до межі розчинності.

Тверді розчини заміщення завжди утворюються між металами, наприклад, залізо з Cr, Mn, Ni, W, Co.

У твердих розчинах впровадження атоми розчинної елемента розміщуються в міжвузловии просторах кристалічної решітки елемента розчинника. Такі тверді розчини утворюються в тому випадку, коли діаметр атомів розчинної елемента багато менше, ніж діаметр атомів елемента розчинника. Тому такі тверді розчини утворюються між металами і неметалами (С, Н, О, N), які мають малі розміри атомів. Утворення таких твердих розчинів призводить до деякого спотворення кристалічної решітки і до збільшення її параметра. Прикладом таких твердих розчинів є ферріт (твердий розчин впровадження вуглецю в αFe) і аустеніт (твердий розчин впровадження вуглецю в jFe).

Слід, однак, мати на увазі, що в промислових сплавах, наприклад у сталі, немає в чистому вигляді твердих розчинів заміщення і впровадження. Навіть прості вуглецеві сталі являють собою складні багатокомпонентні сплави, в яких утворюються тверді розчини впровадження на базі твердих розчинів заміщення.

Хімічні сполуки - такі фази, яким можна приписати прості стехіометричні формули. Вони зазвичай мають складну кристалічну решітку з впорядкованим розташуванням атомів, тип якої відрізняється від решіток іі компонентів. Склад хімічних сполук, на відміну від твердих розчинів, постійний і не змінюється зі зміною температури. Тому на діаграмах стану хімічні сполуки показують вертикальної прямою лінією.

Властивості хімічних сполук завжди сильно відрізняються від властивостей їх компонентів.

В сталях найбільший інтерес представляє хімічна сполука Fe₃C, що має високу твердість та крихкість.

При розгляді сплавів у мікроскоп видно структурні складові. Структурними складовими називають ділянки сплаву, які виглядають однаково (світлими, темними, строкатими). Структурні складові виявляють шляхом травлення полірованих зразків-шліфів кислотами або іншими реактивами. Структурні складові можуть складатися з однієї або декількох фаз.

Всі сплави в твердому стані можуть складатися з таких структурних складових:

1. Кристалів твердих розчинів,

2. Кристалів хімічних сполук,

3. Механічної суміші кристалів різних типів (кристалів чистих компонентів, твердих розчинів і хімічних сполук).

При утворенні механічних сумішей особливо виділяють однорідні механічні суміші, які є самостійними структурними складовими і при розгляді у мікроскоп виглядають однорідними ділянками.

Якщо однорідна механічна суміш утворилася при кристалізації з рідкого стану, то вона називається евтектикой. Наприклад, при кристалізації білого чавуна утворюється евтектика (однорідна механічна суміш, що складається з аустеніту і цементиту), яка має спеціальну назву ледебурит.

Якщо однорідна механічна суміш кристалів утворилася в твердому стані, то вона називається евтектоїдом. Наприклад, в вуглецевій сталі міститься 0,83%С при охолодженні нижче 723⁰ аустеніт розпадається на ферріт та цементит. Така однорідна механічна суміш в сталях має спеціальну назву - перліт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анотація

У даній статті ми коротко розглянули будову металевих сплавів, а також такі поняття як фаза, діаграма стану, кристалічна решітка, твердий розчин, структурні складові, тощо. Дізналися які типи твердих розчинів найчастіше зустрічаються у промислових сплавів і детальніше звернули на них увагу. Стаття має ознайомлювальний характер та є дуже інформативною; вона розрахована на студентів, що прагнуть за досить короткий час ознайомитися з курсом обробки металів.

 

Реферат

На початку статті розповідається про взаємодію компонентів сплавів та утворення фаз, а також про процеси, що відбуваються при нагріванні та охолодженні сплавів. Згадується також про діаграму станів сплавів.

Далі йдеться про наступні типи твердих фаз: кристали чистих компонентів, кристали твердих розчинів та кристали хімічних сполук. Ці типи твердих фаз розглядаються достатньо детально. Потім мова йдеться про тверді розчини, їх типи та структурні складові всіх сплавів в твердому стані, наприклад, такі як кристали твердих розчинів, кристали хімічних сполук та механічні суміші кристалів різних типів. Остання структурна складова у статті розглядається достатньо  детально. Також висвітлюються такі поняття як аустеніт, ферріт, цементит, перліт та їж значення.

Стаття має велике практичне  значення, т. я. при досить незначному розмірі охоплює достатній  обсяг  матеріалу, необхідного для вивчення обробки металів.