Твердые растворы - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Твердые растворы - фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются в решетке первого компонента, изменяя ее размеры. Твердый раствор, состоящий из нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.

Различают твердые растворы Замещения (рис. 29, А) И твердые растворы Внедрения (рис. 29, б). При образовании твердого раствора замещения атомы растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке.

кристаллическая решетка твердого раствора замещения (а) и внедрения (б)

Рис. 29. Кристаллическая решетка твердого раствора замещения (а) и внедрения (б)

При образовании твердого раствора внедрения (рис. 29, Б) Атомы растворенного компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя. Атомы располагаются не в любом междоузлии, а в пустотах, где для них имеется больше свободного пространства. Например, в плотноупакованной ГЦК решетке наиболее подходящей будет октаэдрическая пора (центры шести атомов - шаров, между которыми образовалась пора, расположены по вершинам октаэдра) (рис, 29. А).

Так как и электронное строение, и размеры атомов растворителя и растворенного компонента различны, то при образовании твердого раствора кристаллическая решетка всегда искажается (рис. 30, а, Б). При образовании твердого раствора замещения период решетки может увеличиться или уменьшиться в зависимости от соотношения атомных радиусов растворителя и растворенного компонента. В случае твердого раствора внедрения период решетки растворителя всегда возрастает.

Атомы растворенного компонента нередко скапливаются у дислокаций (рис. 30, В, г) Снижая их упругую энергию. В растворах замещения атомы меньшего размера скапливаются в сжатой зоне решетки, атомы больших размеров - в растянутой зоне решетки.

искажения кристаллической решетки растворителя при образовании твердого раствора внедрения (а, атом в) и замещения (б, атом d) и расположения атомов внедрения и замещения в области дислокации (в, г)

Рис. 30. Искажения кристаллической решетки растворителя при образовании твердого раствора внедрения (а, атом В) и замещения (б, атом D) и расположения атомов внедрения и замещения в области дислокации (в, г)

При образовании твердого раствора внедрения атомы растворенного элемента располагаются в растянутой области под краем экстраплоскости (рис. 30, г). В области дислокаций чужеродные атомы легче размещаются, чем в совершенной области решетки, где такие атомы вызывают значительные искажения решетки. Атомы внедрения очень сильно связ-ся с дислокациями, образуя атмосферы коттрелла - уменьшая напряженность решетки.

Твердые растворы, устойчивые при сравнительно низких температурах, получили название Упорядоченных твердых растворов, Или Сверхструктур.

Упорядоченные твердые растворы можно рассматривать как промежуточные фазы между твердыми растворами и химическими соединениями. Правильное расположение атомов обоих компонентов в решетке и резкое изменение свойств характерно для химических соединений. Однако в упорядоченных твердых растворах в отличие от химического соединения сохраняется решетка растворителя, и при нагреве до определенной температуры (точки Курнакова) степень упорядочения постепенно уменьшается, а выше этой температуры твердый раствор становится неупорядоченным.

Образование упорядоченных твердых растворов сопровождается изменением физических (магнитные свойства, электросопротивление и др.) и механических свойств. Прочность обычно возрастает, а пластичность ухудшается.

Похожие статьи




Твердые растворы - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Предыдущая | Следующая