Металлические сплавы

1. КУРС «Материаловедение» Тема: Металлические сплавы

Казачков Олег Владимирович, доцент, к.т.н.
Институт лесных, инженерных и строительных наук,
подзаголовка
кафедраОбразец
технологических
и транспортных машин и оборудования
kaz @ psu.karelia.ru

2. План лекции

Определение
Классификация сплавов
Диаграммы состояний двойных
сплавов
Связь между свойствами и типом
диаграмм состояний
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
2

3. Основные определения

Сплавом называется вещество , получаемое
сплавлением двух или более элементов.
Элементы, образующие сплав называются
компонентами.
Фазой называют однородную часть сплава,
характеризующуюся определенным составом и
структурой и отделенную от других частей
поверхностью раздела
Под структурой понимают форму, размер и
характер взаимного расположения фаз в сплавах
Структурными составляющими называют
обособленные части сплава, имеющие
одинаковое строение с присущими им
характерными особенностями
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
3

4. Классификация сплавов

Металлические
сплавы
Механические
смеси
25.12.2017
Твердые
растворы
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
Химические
соединения
4

5. Основные понятия

Твердые растворы – однофазные сплавы
переменного состава, в которых один из
компонентов (растворитель) сохраняет свою
решетку, а другой компонент( растворенный)
располагается в решетке первого, изменяя
ее размеры (период).
Химическое соединение – химическое
индивидуальное вещество, в котором атомы
одного или различных элементов соединены
между собой химической связью.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
5

6. Типы твердых растворов

Твердые растворы
1
Твердые растворы
замещения
2
25.12.2017
1
Твердые растворы
внедрения
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
6
2

7. Химические соединения

Характерные особенности:
Постоянство состава
Наличие нового типа кристаллической
решетки
Индивидуальные свойства
Постоянство температуры плавления
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
7

8. Диаграммы состояния сплавов

Диаграммы состояния сплавов (диаграммы фазового
равновесия) – это графическое изображение фазового и
структурного состава сплавов определенной системы в
зависимости от температуры и хим. состава
Д.с.с. строится по критическим точкам, определенных на
кривых охлаждения
Критические точки – температуры, при которых в сплаве
проходят фазовые превращения
Д.с.с. строится в координатах температура (ось y) и химический
состав (ось x)
Линия температур начала кристаллизации сплавов – линия
ликвидус
Линия температур конца кристаллизации сплавов – линия
солидус
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
8

9. Правило фаз Гиббса

Данное правило определят закономерности
существования фаз в состоянии равновесия
С=К-Ф+1
( при постоянном давлении)
Где С- число степеней свободы системы – число
независимых параметров (t, р, состав) при
изменении которых число равновесных фаз не
меняется.
К- число компонентов,
Ф- число равновесных фаз
При К=2 С= 3 – Ф
При С=0
нонвариантное равновесие
При С=1, С=2
моновариантное
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
9

10. Историческая справка

ГИББС (Gibbs), Джозайя
Уиллард
1839 г. –1903 г.
25.12.2017
Американский физик и
математик
В 1874–1878 Гиббс
опубликовал трактат «О
равновесии гетерогенных
веществ», идеи которого
легли в основу химической
термодинамики.
сформулировал правило
фаз , построил общую
теорию поверхностных и
электрохимических явлений
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
10

11. Термический метод

25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
11

12. Диаграмма состояния сплавов 1 типа , образующих механические смеси

Сплавы
температура
Ж
А+эвт
Ж+В
эвтектика
Ж+А
Доэвтектические
Эвтектические
В+эвт
А
Заэвтектические
В
Содержание В
Эвтектические превращения Ж
25.12.2017
( А+В )
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
12

13. Микроструктура сплавов системы свинец - сурьма

Доэвтектический
сплав
Эвтектический
сплав
Свинец +
эвтектика
эвтектика
25.12.2017
Заэвтектический
сплав
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
Сурьма +
эвтектика
13

14. Диаграмма состояния сплавов 2 типа (с неограниченной растворимостью компонентов)

α –твердый раствор
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
14

15. Микроструктура сплавов системы медь – никель

После литья
После диффузионного
отжига
Дендритная ликвация. Неоднородный
по хим. составу твердый раствор.
Светлые оси дендритов обогащены Ni,
темные межосные пространства
(матрица) обогащены Cu.
25.12.2017
Структура состоит из однородных
зерен-полиэдров
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
15

16. Правило отрезков

с
Фигуративная точка
асв - канода
т
е
м
п
е
р
а
т
у
р
а
ж
а
с
Ж+α
в
α – твердый раствор
а*
с*
в*
а* –состав ж.ф., в* – состав тв.ф.,
С помощью правила
можно определить
состав фаз с помощью
каноды и их весовое
соотношение по
правилу рычага в
любой точке
двухфазной области
диаграммы
Qα = (ас/ав)·100%
Qж = (св/ав)·100%
с* – исх. состав
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
16

17. Диаграмма состояния сплавов 3 типа (с ограниченной растворимостью)

эвт
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
17

18. Диаграмма состояния сплавов 4 типа , образующих химические соединения

т
е
м
п
е
р
а
т
у
р
а
А
Жс
25.12.2017
Ж
Ж
С1
Ж+АnВm
Ж+А
А+Э
С
Ж+АnВm
э
Э+АnВm
в
т
Эвт+АnВm
э
в
т
е
к
т
и
к
а
Эвт+В
В
АnВm
Состав В
(А+ АnВm) =Э, Жс1
Ж+В
(В+ АnВm) =Эвт,
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
18

19. Связь между свойствами сплавов и типом диаграмм состояний

1 тип
2 тип
3 тип
4 тип
1 тип свойства меняются по линейному закону
2 тип свойства меняются по кривой линии
3 тип свойства меняются по линейному закону в двухфазной
области и по кривой линии в области твердых растворов
4 тип свойства характеризуются наличием max при хим.соед.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
19

20. Историческая справка

Курнаков
Николай Семенович
(1860 – 1941)
25.12.2017
Выдающийся российский химик,
основатель физико-химического
анализа, создатель крупной научной
школы в области общей и
неорганической химии, крупный
организатор науки, академик.
разработал основные положения
физико-химического анализа,
установил основные
закономерности строения диаграмм
«состав–свойство»
в 1941 он удостоен
Государственной премии за
научные работы по физической
химии и за труд «Введение в
физико-химический анализ».
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
20