Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

ливости для конструкционной стали обычно составляет 10 млн. циклов, а для цветных металлов 20 млн. циклов.

Кроме названных методов применяют испытания на срез, кручение, сжатие, изгиб, свариваемость, загиб, осадку, выдавливание, обжатие и др.

Глава III ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЛАВОВ

1. Основные сведения О сплавах

В связи с отсутствием у большинства чистых металлов технически полезных свойств в технике наибольшее применение находят их сплавы. Сплав - вещество, содержащее два и более компонентов. Сплав, состоящий из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы в настоящее время получают несколькими способами, например, взаимодействием элементов в жидком состоянии (сплавлением); спеканием и диффузией в твердом состоянии; осаждением нескольких элементов на катоде при электролизе водных растворов. По количеству компонентов, содержащихся в сплаве, их делят на двойные, тройные и т. д. Вещества, входящие в состав сплава, при затвердевании могут находиться в виде отдельных частиц, зерен обоих компонентов (механическая смесь), или в виде образующихся химических соединений (химическое соединение), или взаимно растворяющихся друг в друге компонентов (твердые растворы).

Сплавы типа механической смеси образуются из веществ, не растворяющихся и не вступающих в химическое взаимодействие между собой в твердом состоянии с образованием соединений. Такие сплавы состоят из смеси кристаллитов веществ, сохраняющих свои кристаллические решетки. Свойства сплава будут определяться соотношением компонентов, входящих в его состав. Чем больше компонентов входит в состав сплава, тем его свойства ближе к свойствам чистого компонента.

Сплавы типа химического соединения образуются при взаимодействии между собой компонентов, входящих в состав сплава, причем содержание компонентов должно быть строго определенным. Они имеют рещтку, дтдч-

ную от кристаллических решеток компонентов, поэтому обладают и другими механическими, физическими и химическими свойствами.

Сплавы типа твердых растворов бывают трех видов: твердые растворы замещения, твердые растворы внедрения и твердые растворы вычитания.

Твердые растворы замещения образуются в тех случаях, когда атомы растворяемого вещества замещают в кристаллической решетке атомы растворителя (рис. 22, а). Это возможно в том случае, когда компоненты имеют одинаковую решетку, размеры их атомов должны мало

а 1 "

Рис. 22. Схема распределения атомов в решетках твердых растворов

отличаться друг от друга (не более 15%). Размеры атомов растворяемого вещества влияют на параметры решетки, увеличивая ее, если диаметр атома больше, или уменьшая ее, если он меньше. Атомы растворяемого вещества могут занимать в кристаллической решетке растворителя строго определенное положение (упорядоченные твердые растворы) или располагаться в произвольном порядке (неупорядоченные твердые растворы).

Образование твердых растворов внедрения (рис. 22, б) происходит при растворении атомов растворяемого элемента в кристаллической решетке растворителя, т. е. когда атомы растворенного элемента внедряются в решетку растворителя в промежутках между атомами растворителя. Это возможно только в том случае, когда атомы растворяемого элемента по размерам невелики, т. е. когда отношение диаметра атома растворяемого элемента к диаметру атома растворителя меньше 0,59. Как правило, тверд1!е растворы внедрения образуются с неметаллами, причем параметры кристаллической решетки всегда увеличивадтся,

Твердые растворы вычитания (рис. 22, в) могут образовываться только в сплавах, содержащих химические соединения, когда избыточные атомы одного нз компонентов занимают строго определенное положение в кристаллической решетке, а места, которые должны быть заняты атомами другого компонента, остаются частично свободными, например в решетках карбидов TiC, WC (места, принадлежащие углероду, остаются свободными). Растворы вычитания часто встречаются в полупроводниковых соединениях.

Помимо указанных типов сплавов металлы образуют электронные соединения и фазы внедрения. Электронные соединения характеризуются определенным соотношением числа валентных электронов к общему числу атомов в химическом соединении, например, в соединении Си2пз указанное отношение будет равно 74- Каждому такому соотношению соответствует определенная кристаллическая решетка, например, отношению /2 - решетка гра-нецентрированного куба; /is - сложная кубическая решетка; 4 - гексагональная плотноупакованная решетка. Сплавы меди с цинком, меди с оловом, меди с кремнием, железа с алюминием и т. д. содержат в своем составу электронные соединения. Фазы внедрения могут образовывать атомы железа, хрома, вольфрама, молибдена с элементами, имеющими малый атомный диаметр, например водородом, углеродом, азотом, бором. Они имеют свою кристаллическую решетку, отличающуюся от решеток обоих фаз. Фазы внедрения могут быть трех типов: МеХ (WC, VC, TiN и др.); MezX (WjC, FesN и др.); ШелХ (Fe4N и др.).

Состояние сплава в зависимости от концентрации и температуры изображают графически. Такое изображение состояния сплава получило название диаграмм состояния. Так как диаграмма состояния показывает устойчивое состояние системы (совокупность фаз, находя-цихся в равновесии), то она является диаграммой равно-зесия фаз, существующих при данных условиях. Состоя-ше сплава, изображенного на диаграмме, относится к равновесным условиям без учета перегрева или переох-чаждения. чего в действительности быть не может. Сле-аовательно, рассматриваемые. диаграммы состояния представляют собой теоретический случай. Математиче-;кое.описание общих закономерностей существования устойчивых фаз, отвечающих условиям равновесия, было