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 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

решетками; такие соединения нельзя считать фазами внедрения.

Электронные соединения

Эти соединения образуются между одновалентными элементами (Си, Ag, Au, Li, Na) или металлами переходных групп (Fe, Мп, Со и др.) и простыми металлами с валентностью от 2 до 5 (Ве, Mg, Zn, Cd, Al и др.). Особенно часто электронные соединения встречаются в сплавах Си, Ag или Au. Соединения этого типа имеют определенное отношение числа валентных электронов к числу атомов, т. е. определенную электронную концентрацию. Так, существуют соединения, у которых это отношение в одних случаях равно 7. (1,5); в других Vis (1>62); в трегьих (1J5). Каждому из указанных соотношений соответствуют и определенные типы кристаллической решетки.

Все соединения с электронной концентрацией, равной /а, име{0т объемноцентрированную решетку и обозначаются как (З-соединения. К соединениям этого типа относятся СиВе, CuZn, CUgAl, CujSn, CoAt, FeAl и др.

Соединения с электронной концентрацией Vss (1,62) имеют сложную кубическую решетку и обозначаются -у-фазой. К ним относятся соединения: CuZng, CuCdg, FesZni и др.

Соединения с электронной концентрацией 4 (1.75) имеют плотноупакованную гексагональную решетку и обозначаются как е-фаза. К ним относятся соединения CuZng, CuCdg, CugSi, CUgSn и др.

Электронные соединения имеют кристаллическую решетку, отличную от решетки составляющих их компонентов, и образуют с компонентами, из которых они состоят, твердые растворы в широком интервале концентраций.

Гетерогенные структуры

При кристаллизации многих сплавов (РЬ-Sb, Си-Bi, Zn-Sn, Pb-Bi, Ni-Cr, Al-Cu; Fe-С и др.) образуются структуры, состояихие из нескольких фаз. Фазы, образующие эту гетерогенную структуру, обнаруживаются микроанализом (см. рис. 39). Рентгенограмма такого сплава показывает наличие кристаллических решеток соответствующего числа фаз, образующих его структуру.

Глава ДИАГРАММЫ

Vil ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ

Процесс кристаллизации металлических сплавов и связанные с ним многие закономерности строения сплавов описывают с помощью диаграмм состояния или диаграмм фазового равновесия. Эти диаграммы в удобной графической форме показывают фазовый состав и структуру сплава в зависимости от температуры и концентрации.

Диаграммы состояния позволяют определить фазовые превращения в условиях очень медленного охлаждения или нагрева. Таким образом, эти диаграммы характеризуют окончательное состояние сплавов, т. е. после того, как все превращения в них произошли и полностью закончились.

Это состояние сплава зависит от внешних условий (температуры, давления) и характеризуется числом и концентрацией образовавшихся фаз. Закономерность изменения числа фаз в гетерогенной системе определи егся п р а в и л о м фаз.

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз. Оно выражается уравнением

С = /С + 2 - Ф,

где С - число степеней свободы системы (или вариантность); К - число компонентов, образующих систему; 2 - число внешних факторов; Ф - число фаз, находящихся в равновесии.

Под числом степеней свободы (вариантностью системы) понимают число независимых неременных - температуры, дав ленияиконцентрации, при изменении которых не изменяется число фаз, находящихся в равновесии.

При изучении физико-химических равновесий за внешние факторы, влияющие на состояние сплава, принимают температуру и давление. Применяя правило фаз к металлам и сплавам, можно во многих случаях принять изменяющимся только один внешний фактор - температуру, так как давление, за нсключе-

нием очень высокого, мало влияет на фазовое равновесие сплавов в твердом и жидком состояниях.

Тогда уравнение примет вид С = /С + 1 - Ф. Поскольку число степеней свободы не может быть меньше нуля и не может быть дробным числом, то /С - Ф + 1 >0, аФ</<-Ь1, т. е. числофазвсплаве, находящемся в равновесном состоянии, не может быть больше, чем число компонентов плюс единица. Следовательно, в двойной системе в равновесии может находиться ие больше трех фаз, в тройной - не больше четырех и т. д.

Если в равновесии в системе с определенным числом компонентов находится максимальное число фаз, то число степеней свободы системы равно нулю (С = 0). Такое равновесие называют н о н в а р и а н т н ы м ( б е 3 в а р и а н т н ы м). При нонвариантном равновесии сплав из данного числа фаз может существовать только в совершенно определенных условиях: при постоянной температуре и определенном составе всех находящихся в равновесии фаз. Это означает, что превращение в сплаве начинается и заканчивается при одной постоянной температуре.

Так, чистый металл при температуре затвердевания представляет однокомпонентную систему (С = 1), со-стояш.ую из двух фаз (жидкий и твердый металл). В этом случае система нонвариантна, так как С = = 1 -f 1 2 = 0.

В случае уменьшения числа фаз на одну против максимально возможного число степеней свободы возрастает на единицу (С = 1). Такую систему называют моновариантной (одновариантной). Когда С = 2, система бивариантна (двух-вариантна).

Например, сплав из двух компонентов при температуре затвердевания является двухфазной системой. В этом случае С = I, следовательно, можно (в определенных пределах) изменять внешний фактор равновесия - температуру без изменения числа фаз, при этом каждой заданной температуре будет отвечать определенная концентрация этих фаз; такой сплав кристаллизуется в интервале температур.

Обычно диаграммы состояния получают экспериментально, а правило фаз используют для анализа