2.1. Сплавы

В технике чистые металлы, как правило, не используются т.к. их свойства не полностью соответствуют требуемым, а применяют сплавы металлов с металлами или металлов с неметаллами. Благодаря этому получают металлические конструкционные материалы с измененными - требуемыми свойствами. Компоненты сплавов вступают между собой в различные взаимодействия, образуя сплавы разного типа и, соответственно, с различными свойствами. Особенности и различия взаимодействия компонентов между собой зависят от многих факторов: от строения ядра и атомных размеров компонентов, от вида кристаллических ячеек, от химической активности компонентов и их соотношения в сплаве, а также от температуры плавления. Различают несколько основных разновидностей сплавов, образуемых при различном взаимодействии компонентов. Это такие как, механические смеси, твердые растворы замещения, твердые растворы внедрения и химические соединения.

Рис. 1. Микроструктура механической смеси (схема)

А – один компонент; В – другой компонент

Механические смеси (Рис. 1) представляют собой смесь кристаллов каждого из компонентов, образующихся в процессе охлаждения и кристаллизации жидкого раствора

Компонентами могут быть металлы с металлами, металлы с неметаллами, а так же, и сложные соединения.

Каждый из кристаллов сплава идентичен своему компоненту по внутреннему строению и свойствам. Свойства такого сплава зависят от количественного соотношения компонентов, от размера и формы кристаллов и приближаются к свойствам того компонента, которого больше в этом сплаве. Такими сплавами бывают стали и чугуны.

Твердые растворы замещения (Рис. 2) образуют только металлические компоненты незначительно слабо различающимися ранее перечисленными признаками, характеризующими их строение. В процессе кристаллизации этих сплавов образуется кристаллическая ячейка основного компонента - которого больше, а в некоторых узлах этой ячейки располагаются атомы второго компонента. Например, в ячейках железа - атомы никеля или молибдена.

Рис. 2 Кристаллическая ячейка

Твердого раствора замещения

Взаимодействие между собой рядом расположенных атомов, различных химических элементов, приводит к изменению свойств сплава, в сравнении со свойствами компонентов. Такие стали по своим свойствам превосходят углеродистые стали и называются легированными. Подобное целенаправленное изменение свойств относится и к сплавам цветных металлов на основе меди, алюминия, титана.

Твердые растворы внедрения (Рис. 3) образуют металлические компоненты с неметаллическими. В процессе кристаллизации этих сплавов образуется кристаллическая ячейка металлического компонента, а внутри нее располагается атом неметаллического компонента. Например, в ячейке железа располагается атом углерода, и такой сплав называется сталью, которая более прочная, упругая и твердая, чем железо. Другим внедрением атомом в соседней ячейке может быть кремний, который придает стали еще большую упругость и износостойкость - тем деталям, которые работают в условиях трения.

Рис. 3. Кристаллическая ячейка