Характеристика фаз и структурных составляющих.

Понятие «фаза» и «структурная составляющая» идентичны за исключением одного случая – когда в структуре сплава образуются механические смеси, представляющие собой совокупность как минимум двух твердых фаз. Такими фазами могут быть кристаллы компонентов, образующих сплав, твердые растворы и химические соединения.

Механические смеси кристаллизуются при постоянной температуре. Они образуются компонентами с большим различием атомных диаметров, неспособных к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступающих в химическую реакцию с образованием соединений. Каждый из компонентов сохраняет свой тип кристаллической решетки. Механические свойства этой структурной составляющей зависят от количественного соотношения компонентов, а также от размеров зерен. Примером сплава, структура которого представляет собой механическую смесь, является свинцовистая бронза – сплав свинца и меди, с хорошими антифрикционными свойствами.

Твердые растворы – это фазы, в которых один из компонентов сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого компактно в ней располагаются.

Если эти атомы располагаются в узлах решетки, образуется твердый раствор замещения. Если атомы внедряются между узлов решетки, то образуются твердые растворы внедрения (рис.11).

	атомы Cu атомы Ni		атомы Fe атомы C
а) твердый раствор замещения	б) твердый раствор внедрения
Рис.11. Кристаллические решетки твердых растворов.

Количество атомов, как внедренных, так и замещенных может изменяться в широких пределах. Поэтому твердые растворы являются фазами переменного состава. Их кристаллизация проходит в интервале температур. Твердые растворы обозначаются как α, β, γ, (буквой α обозначают обычно низкотемпературную модификацию), или как А(В), где А – компонент растворитель, В – растворимый компонент.

Твердые растворы замещения образуются, если периоды решеток компонентов различаются не более чем на 15%. Этот тип твердых растворов может иметь, как ограниченную, так и неограниченную растворимость. В первом случае размерность периодов решеток составляет от 8 до 15%, во втором – не более 8%. Неограниченные твердые растворы наблюдаются в системах Cu-Ni, Fe_α-Cr, Fe_γ-Ni.

Твердые растворы внедрения образуются при сплавлении металлов с неметаллами, имеющими малый атомный радиус – углеродом, азотом, бором. Этот тип твердых растворов всегда имеет ограниченную растворимость. Промышленное значение имеют, например, твердые растворы внедрения углерода в Fe_α и в Fe_γ. В первом случае предельная растворимость составляет 0,03%, а во втором – 2,14% углерода.

Прочность твердых растворов выше, чем прочность компонентов, которые их образуют. Вместе с тем сплавы со структурой твердых растворов отличаются высокой технологической пластичностью и хорошо деформируются как в горячем, так и в холодном состоянии.

Химические соединения образуются в случаях значительного различия кристаллических решеток компонентов. Для сплавов наиболее типичными являются химические соединения металлов с металлоидами. К ним относят оксиды (МеО), сульфиды (МеS), карбиды (МеС), нитриды (МеN), бориды (МеВ).

Химические соединения имеют следующие особенности:

а) их кристаллизация и плавление происходит при постоянной температуре;

б) кристаллическая решетка очень сложная, атомы расположены упорядоченно, решетка отличается от решетки компонентов, которые их образуют;

в) свойства соединений резко отличаются от свойств, образующих его компонентов, для соединений характерна высокая твердость и хрупкость;

г) соединения имеют постоянный состав и выражаются формулой A_nB_m, где n и m – целые числа.