materialovedenie1 (Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Колосанов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова - Материаловедение), страница 7

Некоторые фазы внедрения обладают сверхпроводимостью; однако есть свойства, которые указывают на значительную полю в фазах внедрения ковазентной связи. Большинство йжз внедрения чрезвычайно тугоплавки и имеют твердость, близкую к твердости алмаза. Фазы внелрения— это самые тугош~авкие и твердые промежуточные фазы. Карбиды и нитрилы, относящиеся к фазам внедрения, присутствуют в структуре многих коррозноино-стойких, износостойких н каро- прочных конструкционных сталей.

Карбиды Т~С, ТаС, %С, %зС служат основой спеченных твердых сплавов для режущих инструментов. Использование таких сплавов позволило увеличить скорости резания в лесятки раз (см. гл. 18). К карбидам с отношением Я„ /йв > 0,59 относятся карбид железа (в сталях его называют цсмснтитом), карбид марганпа и карбиды хромы (например, в карбиде железа отношение йг./й~-„= 0,605). Карбид железа ге С и карбиды хрома Сг С, и Сг,С, — важнейшие промежуточные фазы в конструкционных и инструментальных сталях, во мин~ем определяющие их свойства. В последних карбидах преобладает металлическая связь, хотя имеегся и определенная доля ковалентной связи.

Эти промежуточные фазы отличаю.шя высокой твердосзью и хрупкостью, они также достаточно тугоплавки, но уступают по этим свойствам карбидам, являющимся фазами внедрения. Системы металл металл. При сплавлении металлов могут образовываться промежуточные фазы с металлическим типом связи. К ннм счносятся электронные фазы, фазы Лавеса и а-фазы. Элвкярояные фазы. Это фазы переменного состава. Для максимгшьног о содержании металла более высокой валентности характерно совершенно определенное значение электронной концентрации 3/2, 21/13, 7/4, т. е.

отношение числа ваяентных электронов к числу атомов. Фазы с указанными значениями электронной концентрации принято обозначать (3-, у- и е-фазами соответ:твенно. Указанным электронным концентрациям можно приписать соответствующие химические формулы. Например, в сплавах меди с цинком, в которых могут образоваться всс фазы с указанными концентрациями, такими формулами будут соответственно Сп2п, Сп Хпк, СИХп . В большинстве сплавов (3-фазы имеют ОНК решетку, у-фазы сложную кубическую решетку с 52 атомами в злеме1парной ячейке и с-фазы -ГПУ решетку. Свойства электронных соединений, в чапгпости,механические свойсзва, зависят в значительной мере от стисни упорядоченности расположения атомов компонентов в кристаллической решетке электронного соелинепия.

Так, р-фазы с ОЦК решеткой во всех системах при высоких температурах неупорядочены, и в этом состоянии нх свойства близки к свойствам твердых растворов, т. е. они не отличаются высокой твердостью н обладшот хорошей пластнчцосгыо. )1рн ниэкик температурах нсупорядоченныс фазы неустойчивы: они либо распадаются иа лвухфазные смеси, либо упорядочиваются, как, например, в системе Сп Кп. Унорялоченпые (3'-фазы значнтелзл~о Рюлес тверды и хрупки. у-фазы по пи всегда уворялоченып причем вплоть до температуры ияавления н во всех системах обладают хрупкосзью. кфазы всегда имеют неупорядоченное с~роение.

Электронные соединения присутствуют в структуре многих сплавов на медной основе: латунях (Сц 2п), бронзах (Сц- А1, Сн — Бп и др.); они являются упрочняющими фазами (см. п. 9.4). Фазы Ликии. Эти промежуточные фазы практически постоянного состава АВ, образуются при взаимодействии металлов самых 26 Закономерности формирования структуры материалов 1.4. Дефекты кристаллов Рнс. 1.19. Точечные дефекты н кристаллической решетке: а — яяяянсня; б — ыежузяяьный атом: в — при ыесный атом внедрения а) различных групп периодической таблицы элементов; образование нх определяется размерным фактором: атомный радиус элемента В меньше, чеы атомный радиус элемента А, на 20-30%.

Фазы Лаяесн имеют упорядоченные сложные кубические нлн гексагоннльные решетки; в магнитном поле онн недуг себя кая днамнгнетнкн. Фазы Ланеса, образованные переходными металлами (!Чаев, МоЕеэ, Т!Реэ, Т!Сгэ), присутствуют н сэруктуре некоторых жаропрочных сплавов н способствуют нх упрочнению (см. п. !4.3) Сигма-фазы. Этн фазы переменного состава образуются прн спдннленнн переходных металлов, имеющих близкие размеры атомов; о-фазы имеют частично упорядоченную сложную решетку. В железных сплавах, содержащих больше 20 у,' Сг, которые используются кяк корроэнонно-стойкиеяонструкцнонные материалы, очень медленное охлаждение нз области тнерлого раствора нлн изотермические выдержки прн 800-600'С приводят я обрнэонннню кристаллов о-фазы, которое сооронождается резким увеличением твердости н охрупчнвянням сплавов.

Строение реальных кристаллов отличается от идеальных, В реальных кристаллах всегда содержатся дефекгы, а поэтому нет идеально правильного расположения атомов во всем объеме кристалла Дефекты кристаллов полразделяют на точечные, линейные, поверхностные и объемные. Размеры точечного дефекта близки к межатомному расстоянию. У линейных дефектов длина на несколько порядков больше ширины; у поверх- постных дефектов мала толщина, а ширина и длина больше ее на несколько порядков.

Объемные лефекты (поры, трещины) имеют значительные размеры во всех трех напраапениях. Точечные дефекты. К самым простым точечным дефектам относятся вакансии, межузельные атомы основного вещества, чужеродные атомы внедрения (рис. 1.19). Вакансией называется пустой узел кристаллической решетки; межузельным атомом называется атом„перемещенный иэ узла в позицию между узлами.

Вакансии и межузельные атомы появляются в кристаллах при любой температуре вьпце абсолютного нуля из-за тепловых колебаний атомов. Каждой температуре соответствует равновесная концентрация вакансий, а также межуэельных атомов. Например, в меди при темпера'гуре 20 — 25'С содержится 10 'э ат. % вакансий, а вблизи точки плавления — уже 0,0! ат. 9,' (одна вакансия приходится на 104 атомов). Перес ыщение точечными дефектами достигается при резком охлаждении после высокотемпературного нагрева, при пластическом деформировании и при облучении нейтронами. В последнем случае концентрация вакансий и межуэельных атомов одинакова: выбитые нз узлов решетки атомы становятся межузельными атомами, а освободившиеся узлы становятся вакансиями. С течением времени избыток вакансий сверх равновесной концентрации уничтожается на свободных поверхностях кристалла, порах, границах зерен и дру- Рне.

1.2й. Схемы краевой (а) н винтовой (б) днсло- каннй тих дефектах решетки. Места, где исчезают вакансии, называются спжами вакансий. Убьшь вакансий объясняется нх подвижностью и непрерывным перемещением в решетке. Соседний с вакансией атом может занять ее место и оставить свободным свой узел, в который затем переходит другой атом. Чем выше температура, тем больше концентрация вакансий н тем чаще онн переходят от узла к узлу. Вакансии являются самой важной разновидностью точечных дефектов; они ускорякзт все процессы, связанные с перемещениями атомов: диффузия, спекание порошков н т.

д. В ионных и ковалентных кристаллах вакансии и другие точечные дефекты электрически активны и мокнут быть как донорами, так и акцепторами. Это создает в кристаллах преобладание определенного типа проводимости. В ионных кристаллах электрическая нейтральность кристалла сохраняется благодаря образованию пары точечных дефектов: вакансия †и, у которых электрические заряды имеют противоположные знаки. Все виды точечных дефектов искажают кристаллическую решетку и, в определенной мере, влияют на физические свойства. В технически чистых металлах .точечные дефекты повышают электросопротивление, а на механические свойства почти не влияют. Лишь при болыпнх концентрациях дефектов в облученных металлах понижается пластичность и заметно изменяются другие свойства.

Линейные дефекты. Важнейшие виды Скорое>аи и гвойгвжа манзврмьзов 27 линейных несовершенств — краевые и винтовые дислокации (рис. 1.20, 1.21). Краевая дислокация в сечении представляет собой край клишней» полуплоскосги в решетке (рис. 1„20.а). Вокруг дислокаций решетка упруго искажена. Мерой искажения служит так называемый вектор Бюргерса. Он получается, если обойти замкнутый контур в идеальном кристалле (рис !.22, а), пере- Рнс. 1.21. Дислокации н отожженном сплаве Ге+ 3%А!: а — изображение дислокаций нк снимке; б — реело- ложенне днслоккцнй е фозжге, к 40000 ходя от узла к узлу, а затем этот же путь повторить в реальном кристалле, заключив дислокацию внутрь контура.

Как видно нэ рис. 1.22, б в реальном кристалле контур окажется незамкну- Рне. 1.22. Онределенне вектора Бюрзерсе БА 28 Закономерности Яормирсванин структуры материалов Плптнпсгпь дислокации Гранина ь е ° е ° ° ° «е а ° ° ° е е ° ° ° эе ° »ее еее ° ° ° ° е ° е ° е ° э ээ ° е ° ° ° е ° а ° ° э е ° ° ее «аа ° ° ° ° ° ° ° е ° ° э а ° е ° эе ° ° ° ° ° ° ° ° ° э е ° ° ее ° ° ° ° ° ° ° е а ° ° ° е э ееее ° е ° ° ° ° ° ° ° а ° е ее»э ° ° ° е ° е ° ° е ° э Зерна 1 е а е е ° э е а э е е е е э ° э э ° е е е е э е е э а е е е е е е э ° е е э е э * э э е а) Рве.