Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Układy równowagi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki z Materiały inżynieryjne

W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: układy równowagi; budowa stopów metali.

Typologia: Notatki

2012/2013

Załadowany 14.03.2013

pixel_80
pixel_80 🇵🇱

4.7

(23)

78 dokumenty

1 / 10

Toggle sidebar

Ta strona nie jest widoczna w podglądzie

Nie przegap ważnych części!

bg1
35 JW
3. BUDOWA STOPÓW METALI
3. 1. Rodzaje faz wyst puj!cych w stopach metali
Stopy to substancje otrzymywane przez stopienie dwóch lub wi cej pierwiastków. Jakkolwiek
obecnie stopy mo!na otrzymywa" tak!e innymi metodami, np. przez spiekanie lub elektroliz ,
metoda stapiania stosowana jest najcz #ciej. Oczywi#cie budowa stopu jest znacznie bardziej
z$o!ona ni! czystego pierwiastka i zale!y przede wszystkim od rodzaju wzajemnego
oddzia$ywania na siebie sk$adników stopu podczas krzepni cia i ch$odzenia w stanie sta$ym. W
zale!no#ci od liczba pierwiastków tworz%cych stop, rozró!nia si stopy dwusk$adnikowe, zwane
te! podwójnymi, trójsk$adnikowe (potrójne) itd.
Najprostszymi stopami s% stopy dwóch metali lub metalu z niemetalem, czyli stopy
dwusk$adnikowe. Pierwiastki tworz%ce stopy podwójne mog% wykazywa":
a) wzajemn% nieograniczon% rozpuszczalno#" w stanie ciek$ym, a w stanie sta$ym:
równie! nieograniczon% rozpuszczalno#",
ograniczon% rozpuszczalno#",
brak rozpuszczalno#ci;
b) rozpuszczalno#" ograniczon% w stanie ciek$ym, a w stanie sta$ym:
równie! ograniczon% rozpuszczalno#",
brak rozpuszczalno#ci;
c) brak rozpuszczalno#ci zarówno w stanie ciek$ym, jak i sta$ym.
Praktyczne znaczenie maj% jedynie stopy pierwiastków wykazuj%cych ca$kowit% wzajemn%
rozpuszczalno#" w stanie ciek$ym. W zwi%zku z tym, struktura stopów w stanie sta$ym mo!e
stanowi":
a) jeden roztwór sta$y, je#li sk$adniki stopu wykazuj% nieograniczon% wzajemn%
rozpuszczalno#";
b) mieszanin ziarn czystych pierwiastków tworz%cych stop, je#li pierwiastki te w stanie sta$ym
na siebie w ogóle nie oddzia$uj%;
c) mieszanin kryszta$ów roztworów sta$ych granicznych, je#li sk$adniki stopu w stanie sta$ym
wykazuj% cz #ciow% wzajemn% rozpuszczalno#";
d) mieszanin kryszta$ów roztworu sta$ego oraz kryszta$ów zwi%zków chemicznych lub faz
mi dzymetalicznych, je#li sk$adniki stopu w stanie sta$ym nie tylko rozpuszczaj% si w sobie
wzajemnie, ale równie! reaguj% ze sob% chemicznie. W pierwszym przypadku, gdy stop jest
mieszanin%, w$asno#ci poszczególnych ziarn s% takie same jak w$asno#ci czystych metali
tworz%cych stop, natomiast w$asno#ci ca$ego stopu s% ich wypadkow%, przy czym du!y wp$yw
wywieraj% na nie wielko#" i kszta$t ziarn oraz ich wzajemne usytuowanie. Ten przypadek jednak
wyst puje rzadko, a praktyczne znaczenie maj% przede wszystkim stopy zawieraj%ce roztwory
sta$e i fazy mi dzymetaliczne.
Roztwory sta"e. Roztwory sta$e mo!na podzieli" na dwa zasadnicze rodzaje:
a) roztwory mi dzyw z$owe,
b) roztwory ró!now z$owe.
Roztwory mi dzyw z$owe powstaj%, gdy atomy pierwiastka stopowego maj% ma$% #rednic i
mog% w sieci krystalicznej metalu podstawowego zajmowa" pozycje mi dzyw z$owe.
Pierwiastkami takimi s% azot, wodór, w giel i bor. Wszystkie inne pierwiastki stopowe tworz%
roztwory ró!now z$owe, tzn. atomy pierwiastka stopowego zajmuj% w sieci krystalicznej
po$o!enie w z$owe, zast puj%c atomy pierwiastka podstawowego. W obu przypadkach obce
atomy tworz% okre#lone defekty punktowe. Ich ilo#" i wielko#" s% funkcjami rodzaju i
zawarto#ci pierwiastka stopowego w stopie.
Niektóre pierwiastki tworz% ze sob% roztwory sta$e nieograniczone, tzn. rozpuszczaj% si w
sobie ca$kowicie niezale!nie od sk$adu stopu, inne rozpuszczaj% si w stanie sta$ym tylko
cz #ciowo (np. roztwory mi dzyw z$owe s% z regu$y ograniczone). W pierwszym przypadku
stopy maj% struktur jednofazow% w ca$ym zakresie sk$adów chemicznych, a maksymalny
docsity.com
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Układy równowagi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1 i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity!

3. BUDOWA STOPÓW METALI

3. 1. Rodzaje faz wyst puj!cych w stopach metali

Stopy to substancje otrzymywane przez stopienie dwóch lub wi cej pierwiastków. Jakkolwiek obecnie stopy mo!na otrzymywa" tak!e innymi metodami, np. przez spiekanie lub elektroliz , metoda stapiania stosowana jest najcz #ciej. Oczywi#cie budowa stopu jest znacznie bardziej z$o!ona ni! czystego pierwiastka i zale!y przede wszystkim od rodzaju wzajemnego oddzia$ywania na siebie sk$adników stopu podczas krzepni cia i ch$odzenia w stanie sta$ym. W zale!no#ci od liczba pierwiastków tworz%cych stop, rozró!nia si stopy dwusk$adnikowe, zwane te! podwójnymi, trójsk$adnikowe (potrójne) itd. Najprostszymi stopami s% stopy dwóch metali lub metalu z niemetalem, czyli stopy dwusk$adnikowe. Pierwiastki tworz%ce stopy podwójne mog% wykazywa": a ) wzajemn% nieograniczon% rozpuszczalno#" w stanie ciek$ym, a w stanie sta$ym: równie! nieograniczon% rozpuszczalno#", ograniczon% rozpuszczalno#", brak rozpuszczalno#ci; b ) rozpuszczalno#" ograniczon% w stanie ciek$ym, a w stanie sta$ym: równie! ograniczon% rozpuszczalno#", brak rozpuszczalno#ci; c ) brak rozpuszczalno#ci zarówno w stanie ciek$ym, jak i sta$ym. Praktyczne znaczenie maj% jedynie stopy pierwiastków wykazuj%cych ca$kowit% wzajemn% rozpuszczalno#" w stanie ciek$ym. W zwi%zku z tym, struktura stopów w stanie sta$ym mo!e stanowi": a ) jeden roztwór sta$y, je#li sk$adniki stopu wykazuj% nieograniczon% wzajemn% rozpuszczalno#"; b ) mieszanin ziarn czystych pierwiastków tworz%cych stop, je#li pierwiastki te w stanie sta$ym na siebie w ogóle nie oddzia$uj%; c ) mieszanin kryszta$ów roztworów sta$ych granicznych, je#li sk$adniki stopu w stanie sta$ym wykazuj% cz #ciow% wzajemn% rozpuszczalno#"; d ) mieszanin kryszta$ów roztworu sta$ego oraz kryszta$ów zwi%zków chemicznych lub faz mi dzymetalicznych, je#li sk$adniki stopu w stanie sta$ym nie tylko rozpuszczaj% si w sobie wzajemnie, ale równie! reaguj% ze sob% chemicznie. W pierwszym przypadku, gdy stop jest mieszanin%, w$asno#ci poszczególnych ziarn s% takie same jak w$asno#ci czystych metali tworz%cych stop, natomiast w$asno#ci ca$ego stopu s% ich wypadkow%, przy czym du!y wp$yw wywieraj% na nie wielko#" i kszta$t ziarn oraz ich wzajemne usytuowanie. Ten przypadek jednak wyst puje rzadko, a praktyczne znaczenie maj% przede wszystkim stopy zawieraj%ce roztwory sta$e i fazy mi dzymetaliczne. Roztwory sta"e. Roztwory sta$e mo!na podzieli" na dwa zasadnicze rodzaje: a) roztwory mi dzyw z$owe, b) roztwory ró!now z$owe. Roztwory mi dzyw z$owe powstaj%, gdy atomy pierwiastka stopowego maj% ma$% #rednic i mog% w sieci krystalicznej metalu podstawowego zajmowa" pozycje mi dzyw z$owe. Pierwiastkami takimi s% azot, wodór, w giel i bor. Wszystkie inne pierwiastki stopowe tworz% roztwory ró!now z$owe, tzn. atomy pierwiastka stopowego zajmuj% w sieci krystalicznej po$o!enie w z$owe, zast puj%c atomy pierwiastka podstawowego. W obu przypadkach obce atomy tworz% okre#lone defekty punktowe. Ich ilo#" i wielko#" s% funkcjami rodzaju i zawarto#ci pierwiastka stopowego w stopie. Niektóre pierwiastki tworz% ze sob% roztwory sta$e nieograniczone, tzn. rozpuszczaj% si w sobie ca$kowicie niezale!nie od sk$adu stopu, inne rozpuszczaj% si w stanie sta$ym tylko cz #ciowo (np. roztwory mi dzyw z$owe s% z regu$y ograniczone). W pierwszym przypadku stopy maj% struktur jednofazow% w ca$ym zakresie sk$adów chemicznych, a maksymalny

wp$yw umacniaj%cy pierwiastka stopowego wyst puje przy zawarto#ci oko$o 50%. W roztworach sta$ych zostaje zachowana sie" krystaliczna metalu rozpuszczaj%cego. Roztwory sta$e nieograniczone mog% tworzy" ze sob% tylko te pierwiastki, które maj% jednakowy typ sieci krystalicznej, zbli!one wielko#ci #rednic atomowych (ró!ni%ce si nie wi cej jak o 10-15%), jednakow% warto#ciowo#" i s% do siebie podobne pod wzgl dem charakteru elektrochemicznego. Z warunków tych, zwanych warunkami Hume-Rothery'ego wynika jednak, !e pierwiastki stopowe tworz%ce z metalem podstawowym roztwory sta$e nieograniczone na w$asno#ci tych roztworów wywieraj% wp$yw raczej nieznaczny. Oczywi#cie nie wszystkie pierwiastki spe$niaj%ce powy!sze warunki tworz% roztwory sta$e nieograniczone, ale struktur tak% wykazuje wiele rzeczywistych stopów podwójnych, m.in. stopy: z$oto-srebro, z$oto-platyna, mied&-nikiel, mied&-platyna, kadm-magnez, tytan-molibden, wolfram-molibden, !elazo-chrom. Istotny wp$yw na w$asno#ci roztworu sta$ego wywieraj% pierwiastki ró!ni%ce si rodzajem przestrzennej sieci krystalicznej i #rednic% atomow% od metalu podstawowego. Jak ju! wspomniano, takie pierwiastki mog% tworzy" jedynie roztwory ograniczone, wobec czego w zale!no#ci od sk$adu chemicznego stop mo!e by" jednofazowy (je#li zawarto#" w nim sk$adnika stopowego nie przekracza granicznej rozpuszczalno#ci w temperaturze otoczenia) lub dwufazowy, z$o!ony z mieszaniny kryszta$ów roztworu sta$ego granicznego sk$adnika B w A i kryszta$ów roztworu sta$ego granicznego sk$adnika A w B. W tym drugim przypadku w$asno#ci stopu zale!% nie tylko o w$asno#ci roztworów sta$ych tworz%cych mieszanin oraz wielko#ci i kszta$tu ziarn ale tak!e od wzajemnego usytuowania kryszta$ów obu roztworów. W#ród stopów podwójnych uk$ady z ograniczon% rozpuszczalno#ci% wykazuj% m.in. stopy: mied&-srebro, aluminium-krzem, aluminium-cynk, kadm-bizmut, cynk-o$ów, o$ów-kadm, cynk- kadm. Zmian w$asno#ci mechanicznych !elaza! pod wp$ywem pierwiastków stopowych tworz%cych z nim roztwory ograniczone lub nieograniczone pokazano na rys. 3.1. Ja wida", mangan i krzem wyra&nie podwy!szaj% wytrzyma$o#" !elaza, powoduje jednocze#nie znaczny spadek plastyczno#ci, natomiast nikiel, chrom, wolfram, czy molibden na w$asno#ci mechaniczne !elaza oddzia$uj% w niewielkim stopniu

Rys. 3.1. Wp$yw niektórych pierwiastków stopowych na w$asno#ci mechaniczne !elaza !: a) na wytrzyma$o#" na rozci%ganie, b) na przew !enie

W$asno#ci wytrzyma$o#ciowe miedzi najbardziej podwy!sza krzem, w mniejszym stopniu cyna, natomiast cynk prawie na nie ma wp$ywu (rys. 3.2). W przypadku tytanu wytrzyma$o#" na rozci%ganie silnie podwy!szaj% !elazo, mangan, chrom, molibden i wanad (rys. 3.3).

Fazy mi dzymetaliczne. W omówionych powy!ej typach stopów jako oddzielne wyst powa$y b%d& czyste metale, b%d& roztwory sta$e nieograniczone lub ograniczone. Sk$adniki stopu w stanie sta$ym mog% jednak tworzy" te! tzw. faz mi dzymetaliczn%, charakteryzuj%c% si odmienn% sieci% krystaliczn% ni! sieci krystaliczne jej sk$adników.

do liczby atomów w jednej komórce strukturalnej. Cz sto nazywa si je równie! fazami Hume- Rothery'ego od nazwiska ich odkrywcy. Fazy elektronowe wyst puj% w stopach, w których jednym ze sk$adników jest pierwiastek z szeregu Cu, Ag, Au, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, Pd, Pt, drugim

  • pierwiastek z szeregu Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Sb. Stwierdzono, !e istniej% trzy rodzaje faz elektronowych, oznaczane literami ", # i $, charakteryzuj%ce si st !eniami elektronowymi odpowiednio 3/2, 21/13 i 7/4 (oznaczenia pochodz% od faz mi dzymetalicznych wyst puj%cych w stopach Cu-Zn). Fazy " (np. CuZn, Cu 3 Al, FeAl, NiAl, CoZn 3 , AgZn) krystalizuj% b%d& w sieci regularnej przestrzennie centrycznej A2, b%d& w sieci regularnej z$o!onej o 20 atomach, b%d& w sieci heksagonalnej zwartej A3. Fazy # (np. Cu 5 Zn 8 , Cu 31 Sn 8 , Fe 5 Zn 21 , Co 5 Zn 21 , Cu 9 Al 4 , Ag 5 Zn 8 ) krystalizuj% w sieci regularnej z$o!onej o 52 atomach, a fazy $ (np. CuZn3, Cu 3 Sn, Ag 5 Al3, AgZn 3 ) – w sieci heksagonalnej.zwartej A3. Przy obliczaniu st !e' elektronowych przyjmuje si dla poszczególnych pierwiastków nast puj%ce liczby elektronów walencyjnych: Cu, Ag, Au l Be, Mg, Zn, Cd, H 2 Al, Ga, In 3 Si, Ge,Sn 4 Sb 5 Mn, Fe, Co, Ni, Rh, Pd, Pt,.. 0 Jak wida", przy obliczaniu st !enia elektronowego pierwiastkom przej#ciowym przypisuje si zerow% warto#ciowo#", tzn. zak$ada si , !e pierwiastki te nie wnosz% udzia$u elektronów do ogólnego st !enia elektronowego fazy. Fazy elektronowe istniej% w do#" szerokich zakresach st !e' sk$adników, co jest zwi%zane z ich typowym wi%zaniem metalicznym. Fazy Lavesa. Tej grupie faz mi dzymetalicznych przypisuje si wzór stechiometryczny AB 2 , ale g$ównym czynnikiem wp$ywaj%cym na ich powstanie jest stosunek promieni atomów sk$adników, tzn. rA./rB. Stosunek ten teoretycznie wynosi 1,225, w rzeczywisto#ci fazy Lavesa powstaj% w zakresie stosunków rA./rB = 1,05 % 1,68. Warunek geometryczny powoduje, !e fazy Lavesa istniej% w w%skim przedziale st !e' sk$adników. Ogólnie dziel% si na trzy rodzaje, których typowymi przedstawicielami s% MgCu 2 , MgZn 2 i MgNi 2. Pierwszy rodzaj krystalizuje w sieci regularnej o 24 atomach, pozosta$e - w sieci heksagonalnej o ró!nym stopniu skomplikowania. W stopach !elaza fazami Lavesa s% m.in. ZrFe 2 , TiFe 2 , WFe 2 i NbFe 2. Fazy Lavesa cechuje du!a twardo#" i w$asno#ci typowe dla stanu metalicznego. Fazy mi!dzyw!z owe i fazy o strukturach z o"onych. Podobnie jak fazy Lavesa, fazy mi dzyw z$owe s% fazami czynnika wielko#ci. S% to fazy krystalizuj%ce w sieci Al, A3 i A (rzadziej) oraz w sieci heksagonalnej prostej, przy czym w z$y sieci s% obsadzone atomami jednego z metali przej#ciowych (Fe, Cr, Co, Ni, W, i, V, Ta, Nb, Ti), a przestrzenie mi dzyw z$owe zaj te s% przez atomy jednego z czterech pierwiastków niemetalicznych o najmniejszych promieniach atomowych (H, C, N, B).

Fazy mi dzyw z$owe mog% powstawa", je#li stosunek promieni atomowych pierwiastka niemetalicznego do metalu nie przekracza 0,59. Mo!na przypisa" im wzory stechiometryczne Me 4 X, Me 2 X, MeX i MeX 2 , gdzie Me jest symbolem metalu, a X - niemetalu. Fazami mi dzyw z$owymi s% zatem wodorki, azotki oraz niektóre w gliki i borki metali przej#ciowych. W stopach technicznych najwa!niejszymi s% azotki (Nb 2 N, TaN, TiN, WN, VN, Fe 4 N, Fe 2 N, Ni 2 N, Mn 4 N i in.) i w gliki (m.in. Nb 4 C, Nb 2 C, NbC, Ta 2 C, TiC, W 2 C, WC, Mo 2 C, V 2 C ).

Fazy mi dzyw z$owe wyst puj% w do#" szerokim zakresie st !e'. Wykazuj% w$asno#ci metaliczne, s% twarde i kruche, przewodz% pr%d elektryczny, maj% wysok% temperatur topnienia i do#" dobr% odporno#" chemiczn%. Izomorficzne w gliki i azotki w stanie sta$ym wzajemnie si rozpuszczaj%. Fazy o strukturach z$o!onych powstaj%, je#li stosunek promieni atomowych pierwiastka niemetalicznego do metalu przekracza 0,59. Takimi fazami s% w gliki !elaza, chromu, niklu, manganu i kobaltu, w gliki podwójne !elaza i manganu, !elaza i wolframu oraz !elaza i

molibdenu, a tak!e wi kszo#" borków. Fazy o strukturze z$o!onej cechuje du!a liczba atomów przypadaj%cych na jedn% komórk strukturaln%. W gliki o z$o!onej strukturze maj% równie! w$asno#ci metaliczne, ale wyst puj% przy praktycznie sta$ym stosunku ilo#ciowym sk$adników, okre#lonym wzorem stechiometrycznym. W porównaniu do w glików mi dzyw z$owych maj% ni!sz% temperatur topnienia, mniejsz% twardo#" i odporno#" chemiczn%, $atwiej przechodz% do roztworu sta$ego podczas ogrzewania stali. W stopach !elaza najwi ksze znaczenie ma w glik !elaza Fe 3 C zwany cementytem, o stosunku promieni atomowych w gla do !elaza wynosz%cym 0,63. Mo!e on tworzy" roztwory sta$e ró!now z$owe, w których cz #" atomów !elaza jest zast powana atomami manganu, chromu, molibdenu, czy wolframu (cementyt stopowy), a cz #" atomów w gla - atomami azotu (tzw. w glo-azotki). Krystalizuje w z$o!onej sieci nale!%cej do uk$adu rombowego, podobnie jak Mn 3 C i Co 3 C_._ W gliki Cr 23 C 6 i Mn 23 C 6 krystalizuj% w bardzo z$o!onej sieci regularnej, której pojedyncza komórka zawiera 116 atomów, w tym 24 atomy w gla. W gliki Cr 7 C 3 i Mn 7 C 3 krystalizuj% w z$o!onej sieci heksagonalnej, której komórka zawiera 80 atomów (w tym równie! 24 atomy w gla). W stalach wysokostopowych oba rodzaje w glików tworz% równie! roztwory sta$e ró!now z$owe, przy czym cz #" atomów chromu lub manganu zast puj% atomy !elaza, molibdenu, wolframu i in., podobnie jak podwójne w gliki !elaza i wolframu (Fe 4 W 2 C i Fe 3 W 3 C), krystalizuj%ce w z$o!onej sieci regularnej (112 atomów, w tym 16 w gla). Fazy Sigma. S% to fazy mi dzymetaliczne krystalizuj%ce w sieci tetragonalnej, której komórka zawiera 30 atomów. Tworz% si mi dzy niektórymi metalami przej#ciowymi, takimi jak Cr-Fe, V-Fe, Mo-Fe, Cr-Co, V-Co, Mo-Co, Cr-Mn, V-Ni i in. Fazy Sigma s% twarde i kruche. Najwi ksze znaczenie techniczne ma faza Sigma wyst puj%ca w stopach !elaza z chromem (stopy odporne na korozj oraz stopy o du!ym oporze elektrycznym), o przybli!onym wzorze stechiometrycznym FeCr, wydzielaj%ca si z roztworu sta$ego w temperaturze 815°C.

Rys. 3.4. Schematy wzajemnego usytuowania faz w stopach dwufazowych: l — kryszta$y granicznego roztwór sta$ego !, 2 — kryszta$y granicznego roztworu sta$ego " lub fazy mi dzymetalicznej

Teoretycznie zawiera 47% atom. chromu, praktycznie istnieje przy zawarto#ciach chromu 43- 50% atom., jest wi c roztworem sta$ym wtórnym. Obecno#" fazy FeCr w stopach jest bardzo niekorzystna, gdy! zwi ksza ich krucho#" i obni!a odporno#" na korozj.

Sk adnikami uk adu nazywa si substancje tworz%ce dany uk$ad. Dla przyk$adu czysty metal tworzy uk$ad jednosk$adnikowy, stop dwóch metali — uk$ad dwusk$adnikowy itd. Fazy mi dzymetaliczne uwa!a si tak!e za sk$adniki, je#li w rozpatrywanym zakresie temperatury nie rozk$adaj% si na pierwiastki sk$adowe.

Liczba stopni swobody uk$adu jest to liczba zewn trznych i wewn trznych czynników (temperatura, ci#nienie i sk$ad chemiczny), które mo!na zmienia" bez spowodowania zmiany liczby faz w danym uk$adzie.

Przy za$o!eniu, !e w rozpatrywanym uk$adzie wszystkie przemiany zachodz% przy sta$ym i niezmiennym ci#nieniu, regu$a faz wyra!a si wzorem

s = m – f + l

gdzie : s - liczba stopni swobody, m - liczba sk$adników, f - liczba faz. Dla rzeczywistych uk$adów wielofazowych liczba stopni swobody wynosi zwykle 0, l lub 2. Gdy S = 0, uk$ad jest niezmienny, czyli nie mo!na zmienia" ani temperatury, ani sk$adu chemicznego bez spowodowania zmiany liczby faz w uk$adzie. Gdy S = l, uk$ad jest jednozmienny. Oznacza to, !e nie zmieniaj%c liczby faz w uk$adzie mo!na zmieni" (w pewnych granicach) temperatur b%d& sk$ad chemiczny. Gdy S = 2, uk$ad jest dwuzmienny. Oznacza to, !e nie zmieniaj%c liczby faz w uk$adzie mo!na zmieni" (w pewnych granicach) temperatur i sk$ad chemiczny.

3. 3. Budowa stopów podwójnych

Jak ju! wspomniano, przy badaniu struktury stopów bardzo wa!ne znaczenie ma znajomo#" ich wykresów równowagi fazowej. Je!eli dwa sk$adniki stopu nie oddzia$uj% na siebie chemicznie i nie podlegaj% !adnym przemianom w stanie sta$ym, to ich wykresy równowagi podaj% dla dowolnego sk$adu chemicznego stopu temperatur pocz%tku krzepni cia (linia likwidusu ) i jego ko'ca (linia solidusu ). Na rysunku 3.5 przedstawiono wykres równowagi typu I, odpowiadaj%cy ca$kowitej wzajemnej rozpuszczalno#ci sk$adników w stanie ciek$ym i jej brakowi w stanie sta$ym. Sk$adniki nie tworz% równie! zwi%zków chemicznych. Linia AEB jest lini% likwidusu, a linia DEC lini% solidusu. Na linii AE przy ch$odzeniu zaczynaj% si wydziela" z cieczy kryszta$y metalu A, na linii EB — kryszta$y metalu B. Na linii DEC z cieczy o sk$adzie E wydzielaj% si jednocze#nie bardzo drobne krysztale A i B tworz%ce mieszanin , która nazywa si eutektyk% (po grecku $atwo topliwa) a stop o tym sk$adzie - stopem eutektycznym (stopy o sk$adzie odpowiadaj%cym zakresowi DE s% stopami podeutektycznymi, pozosta$e - nadeutektycznymi). Na rysunku podano równie! schematy struktur stopów podeutektycznych, eutektycznego i nadeutektycznych. Jak wida", w pierwszym przypadku na tle eutektyki wyst puj% kryszta$y metalu A, w drugim - sama eutektyk%, w trzecim - na tle eutektyki kryszta$y metalu B. Oczywi#cie skrajne odci te wykresu odpowiadaj% czystym sk$adnikom A i B. Taki wykres równowagi tworz% m.in. stopy bizmut-kadm. Trzeba podkre#li", !e zawarto#" eutektyki w stopie zmienia si liniowo, od 0 dla czystych sk$adników A i B do 100% dla stopu eutektycznego. Wykres równowagi typu II, odpowiadaj%cy ca$kowitej rozpuszczalno#ci wzajemnej sk$adników zarówno w stanie ciek$ym, jak i sta$ym (przy braku faz mi dzymetalicznych), podano na rys. 3.6.

Rys. 3.5. Wykres równowagi odpowiadaj%cy ca$kowitej rozpuszczalno#ci wzajemnej sk$adników w stanie ciek$ym i brakowi rozpuszczalno#ci w stanie sta$ym oraz schematy struktur poszczególnych grup stopów

W tym przypadku eutektyka nie wyst puje, a wszystkie stopy w stanie sta$ym: maj% jednakow% struktur z$o!on% z kryszta$ów roztworu sta$ego! o sk$adzie odpowiadaj%cym sk$adowi stopu.

Rys. 3.6. Wykres równowagi odpowiadaj%cy ca$kowitej rozpuszczalno#ci wzajemnej sk$adników zarówno w stanie ciek$ym, jak i w stanie sta$ym oraz schemat struktury stopów

Przy rozpuszczalno#ci wzajemnej sk$adników w stanie ciek$ym i ograniczonej rozpuszczal- no#ci w stanie sta$ym oraz braku faz mi dzymetalicznych mog% wyst powa" dwie postacie wykresów równowagi typu III, a mianowicie z eutektyk% (rys. 3.7) i perytektyk% (rys. 3.8). W pierwszym przypadku nie wyst puj% fazy b d%ce czystymi sk$adnikami, w s%siedztwie linii A i B, odpowiadaj%cych czystym sk$adnikom, znajduj% si obszary roztworów sta$ych granicznych! (sk$adnika B w sk$adniku A) i " (sk$adnika A w sk$adniku B), przy czym graniczn% rozpuszczalno#" z lewej strony okre#la linia DF , z prawej — linia CG.

A

B

Rys. 3.8. Wykres równowagi odpowiadaj%cy ca$kowitej rozpuszczalno#ci wzajemnej sk$adników w stanie ciek$ym i ograniczonej rozpuszczalno#ci w stanie sta$ym (z perytektyk%) oraz schematy struktur poszczególnych grup stopów

Nowo powstaj%ce kryszta$y " maj% sk$ad punktu P. Poniewa! stopy zawieraj; nadmiar fazy! w stosunku do ilo#ci potrzebnej do utworzenia kryszta$ów ", po zako'czeniu przemiany sk$adaj% si z kryszta$ów " i pozosta$ych w nadmiarze kryszta$ów! Oczywi#cie ilo#" tych ostatnich maleje w miar zbli!ania si d punktu P, a stop o sk$adzie tego punktu zawiera wy$%cznie kryszta$y ". Krzepni cie stopów o st !eniu sk$adnika B wi kszym od st !enia odpowiadaj%cego punktowi G ró!ni si od poprzednich tym, !e w temperaturze perytektycznej istnieje pewien nadmiar cieczy w stosunku do ilo#ci potrzebnej dla utworzenia kryszta$ów " o sk$adzie punktu P. Dlatego przemiana perytektyczna w tym przypadku ko'czy si z chwil% wyczerpania kryszta$ów roztworu sta$ego !, a pozosta$a ciecz bezpo#rednio krystalizuje jako faza ". W praktyce rzadko spotyka si uk$ady o sta$ej granicznej rozpuszczalno#ci. Przewa!nie zmienia si ona wraz z temperatur% i wtedy ma miejsce jeszcze wtórna krystalizacja kryszta$ów "" z kryszta$ów !, i kryszta$ów !" z kryszta$ów ". Uk$ad równowagi z perytektyk% tworz% m.in. stopy srebro-platyna. Zawarto#" perytektyki w stopie, podobnie jak eutektyki, zmienia si liniowo, od 0 dla stopów o sk$adzie punktów D i C do 100% dla stopu o sk$adzie punktu P.

Wykres równowagi typu IV (rys. 3.9a) tworz% dwa sk$adniki, które w stanie ciek$ym rozpuszczaj% si wzajemnie bez ograniczenia, natomiast w stanie sta$ym b%d& nie rozpuszczaj% si w sobie, b%d& tworz% roztwory graniczne, a ponadto tworz% trwa$% faz mi dzymetaliczn% AnBm. Taka faza dzieli wykres na dwie nienale!ne cz #ci tak, !e w rzeczywisto#ci wyst puj% tu jakby dwa odr bne uk$ady równowagi: metalu A i fazy mi dzymetalicznej oraz fazy mi dzymetalicznej i metalu B, a ka!dy z tych uk$adów mo!e nale!e" do jednego z poprzednio omówionych typów. Niektóre fazy mi dzymetaliczne mog% rozpuszcza" w stanie sta$ym sk$adnik A lub B wzgl dnie oba sk$adniki, tworz%c omówione ju! roztwory sta$e wtórne. Wykres równowagi odpowiadaj%cy temu przypadkowi podano na rys. 3.9b.