Что такое ограниченные и неограниченные твердые растворы? Каковы необходимые условия образования неограниченных твердых растворов?

По степеням растворимости компонентов различают твердые растворы:

– с неограниченной растворимостью компонентов;

– с ограниченной растворимостью компонентов.

При неограниченной растворимости компонентов кристаллическая решетка компонента растворителя по мере увеличения концентрации растворенного компонента плавно переходит в кристаллическую решетку растворенного компонента.

Рисунок 1 – Диаграмма состояний сплавов

с неограниченной растворимостью компонентов

В этих сплавах компоненты в твердом состоянии неогра­ниченно растворяются друг в друге; при этом образуется взаимный твердый раствор α. В данном случае чистые компонен­ты А и В не являются самостоятельными фазами системы, – они представляют собой предельные частные случаи твердого раствора α..

Однофазные области на диаграмме:

1) жидкость L – выше линии ликвидус CDE;

2) тв. раствор α – ниже линии солидус CFE.

Кристаллизация сплавов этого типа начинается на линии СDE и заканчивается на линии CFE постепенным переходом жидко­го раствора L в твердые кристаллы α. Структуры всех сплавов этого типа при комнатной температура подобны: одно­родные кристаллы твердого раствора α, являющиеся единст­венной структурной составляющей в сплавах этого типа.

Для образования растворов с неограниченной растворимостью необходимо выполнение следующих условий:

– изоморфность (однотипность) кристаллических решеток компонентов;

– близость атомных радиусов компонентов , которые не должны отличаться более чем на 8…13 %;

– близость физико-химических свойств подобных по строению валентных оболочек атомов.

Например, неограниченно растворяются в твердом состоянии следующие металлы с ГЦК-решеткой: Ag и Au ( ), Ni и Cu ( ), Ni и Rd ( ) и др., а также металлы с ОЦК решеткой: Mo иW ( ), V и Ti ( ). Такие металлы, как Na, Ca, R, Pb, Sr и другие, имеющие большой атомный диаметр, в Fe_γ, Cu, Ni нерастворимы.

Твердые растворы внедрения могут быть только ограниченной концентрации, поскольку число пор в решетке ограничено, а атомы основного компонента сохраняются в узлах решетки.

Сплавы с ограниченной растворимостью компонентов

В этих сплавах в твердом состоянии компоненты растворяются друг в друге с образованием твердых растворов α (В в А) и β (А в В), между которыми образуется эвтектика эвт(α+β).

Однофазные области на диаграмме:

1) жидкость L – выше линии ликвидус DCE;

2) тв. раствор α – область 0DFK0;

3) тв. раствор β – область NGE-100-N.

Рисунок 2 – Диаграмма состояний сплавов с ограниченной растворимостью

Линии верхней части диаграммы – образование кристаллов твердых растворов α и β.

Однако, в отличии от предыдущей диаграммы, предельное содержание компонента B в α ограничено: оно не может быть более М% В (в точке F). Аналогично, предельное содержание А в β не может быть более (100-N)%A (в точке G). То есть, в данном случае при растворении компонентов друг в друге образуются так называемые ограниченные твердые растворы α и β.

В общем случае, при снижении температуры после достижения предела растворимости (т.е. ниже уровня FCG) предельное содержание растворенного компонента в твердом растворе может изменяться. Эта зависимость предела растворимости от температуры твердого раствора α показана линией FK, а для β – линией GN. Видно, что с уменьшением температуры возможное содержание В в α уменьшается (от М% В до К% В при 0ºС). Поэтому, при охлаждении сплавов, содержащих от К % В до М % В, ниже линии FK из них будет выделяться оказавшаяся избыточная часть компонента В в виде кристаллов вторичного β_II (доказывается правилом отрезков), и в области KFMK сплавы будут иметь фазовый состав α+β_II.

В частном случае, показанном линией GN, предел растворимости А в β не зависит от температуры и кристаллы твердого раствора β, образовавшиеся на линии GE, будут охлаждаться до комнатной температуры без каких-либо внутренних изменений.

В средней части диаграммы сплавы кристаллизуются с образованием эвтектики на линии FCG. Эвтектика содержит С^/% В и кристаллизуется по реакции: L_эвт–>эвт(α+β). В доэвтектических сплавах этой области в конечной структуре сплава будут присутствовать кроме эвтектики кристаллы (α+β_II), а в заэвтектических – кристаллы β.

Структурные составляющие сплавов:

1) кристаллы α – область 0DFK0;

2) кристаллы β – область NGE-100-N;

3) кристаллы эвтектики эвт(α+β) – линия СС^/.

Поиск по сайту: