BUDOWA STOPÓW METALI

Transkrypt

1 BUDOWA STOPÓW METALI

2 Stopy metali Substancje wieloskładnikowe, w których co najmniej jeden składnik jest metalem, wykazujące charakter metaliczny. Składnikami stopów mogą być pierwiastki lub substancje złożone, np. związki nie ulegające przemianom Skład chemiczny: stężenie masowe lub atomowe

3 Fazy Stopy mogą być jedno- lub wielofazowe Faza: jednorodna część stopu, oddzielona oddzielona od reszty stopu granicą międzyfazową Układ: zbiór faz w stanie równowagi termodynamicznej Rodzaje faz: pierwiastki, roztwory stałe, fazy międzymetaliczne

4 Roztwory stałe Jednorodna faza o wiązaniu metalicznym i strukturze krystalicznej, o właściwościach metalicznych Rozpuszczalnik i pierwiastek rozpuszczony Roztwory podstawowe: rozpuszczalnikiem jest pierwiastek Roztwory wtórne: rozpuszczalnikiem jest faza międzymetaliczna Roztwory stałe różnowęzłowe (atomy rozpuszczalnika i składnika rozpuszczonego w węzłach sieci) i międzywęzłowe (atomy składnika rozpuszczonego między węzłami sieci rozpuszczalnika)

5 Roztwory różnowęzłowe mogą być ciągłe (dowolne proporcje atomów rozpuszczalnika i pierwiastka rozpuszczonego) lub graniczne; zawsze ma miejsce ekspansja lub kontrakcja sieci

6

7 Reguły Hume-Rothery`ego tworzenia roztworów stałych ciągłych Oba składniki mają jednakowy typ struktury krystalicznej Nieograniczona rozpuszczalność przy stosunku promieni atomowych składników <1,08, tylko ograniczona dla >1,15 Im mniejsza różnica elektrowartościowości składników, tym większa możliwość tworzenia roztworów stałych Jednakowa wartościowość składników sprzyja nieograniczonej rozpuszczalności

8 W niektórych roztworach stałych różnowęzłowych o określonym stężeniu ma miejsce przemiana nieporządek porządek w trakcie chłodzenia lub nagrzewania. Wzory AB, AB3, A3B T

9 Roztwory międzywęzłowe są roztworami granicznymi; zawsze ma miejsce ekspansja sieci. Tworzą je metale przejściowe (np. Fe, Ti) z pierwiastkami niemetalicznymi o bardzo małych promieniach atomowych (H, C, N).

10 Umocnienie roztworów stałych Stopy jednofazowe o strukturze roztworów stałych wykazują zwykle wyższe właściwości wytrzymałościowe niż czyste metale. Umocnienie poprzez tworzenie się roztworu stałego wiąże się z działaniem jednego lub kilku mechanizmów dyslokacyjnych: blokowaniem dyslokacji w położeniach wyjściowych, zmniejszeniem szybkości ruchu dyslokacji w wyniku zwiększenia naprężenia tarcia sieci, utrudnieniem w pokonywaniu przeszkód przez dyslokacje w wyniku ograniczenia poślizgu poprzecznego

11 Fazy międzymetaliczne Definicja: Połączenia metali lub metali z niemetalami, wykazujące właściwości metaliczne ze względu na częściowy lub całkowity udział wiązania metalicznego między atomami wchodzącymi w skład fazy. Charakterystyczne cechy: Struktura krystaliczna różna od struktury każdego ze składników Uporządkowane rozmieszczenie atomów w sieci krystalicznej Przewaga wiązania metalicznego między atomami Wzajemne stosunki ilościowe atomów składników nie odpowiadają ich wartościowościom chemicznym jakie wykazują w związkach chemicznych, chociaż przypisuje się im określone wzory podobne do związków chemicznych

12 Fazy międzymetaliczne Kryteria klasyfikacji faz: Stężenie elektronowe Wielkość atomów składników Rodzaje faz: elektronowe Lavesa o strukturze siatek kagome międzywęzłowe Roztwory stałe wtórne: Są to roztwory, w których rozpuszczalnikiem jest faza międzymetaliczna, a składnikiem rozpuszczonym pierwiastki tworzące fazę.

13 Fazy międzywęzłowe Fazy, których węzły są obsadzone atomami jednego z metali przejściowych M (Fe, Cr, Mo, Mn, Ti), a pozycje międzywęzłowe są zajęte przez atomy pierwiastków niemetalicznych o małym promieniu atomu X (H, B, C, N), węgliki, azotki, wodorki, borki, węglikoazotki O ich powstaniu decyduje czynnik wielkości atomów. Klasyfikacja w zależności od stosunku promieni metalu r M i niemetalu r X Gdy r X /r M 0,59, tworzą się fazy o strukturach prostych, o wzorach M 4 X, M 2 X, MX, MX 2 Gdy r X /r M > 0,59, tworzą się fazy o strukturach złożonych, o wzorach M 3 X, M 23 X 6, M 7 X 3, M 6 C

14 Struktura sieciowa cementytu Fe 3 C

15 Struktura sieciowa węglika Cr23C6

16 Azotki i węglikoazotki Azotki i węgliki typu MN i MC oraz M 2 N i M 2 C są izomorficzne (ten sam typ sieci krystalicznej) i cechują się wzajemną rozpuszczalnością. Możliwe jest więc tworzenie w stopach węglikoazotków typu M(C,N) i M 2 (C,N)

17 Rysunek - slajd 16: L. Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo, WNT Gliwice-Warszawa 2002