Матеріалознавство

Анізотропія виявляється в неоднаковості опорів монокристала електричного струму і швидкості розчинення в хімічних реактивах, у відмінності механічних властивостей. Наприклад, міцність зразків, вирізаних у різних напрямах з монокристала міді, відрізняється приблизно в 3 рази, а пластичність

більше ніж у 5 разів.

Реальні метали є тілами полікристалічними, тобто складаються з великої кількості по-різному орієнтованих у просторі кристалітів (зерен). Тому властивості таких металів у будь-якому напрямі усереднені, однакові. Проте в тих випадках, коли обробка металів сприяє переважному орієнтуванню окремих кристалів (наприклад, при прокатуванні, куванні), полікристалічні метали стають також анізотропними. Наприклад, міцність зразків, вирізаних з листа вздовж і впоперек напряму прокатування, різні; температурний коефіцієнт лінійного розширення листа з цинку залежно від напряму прокатування може відрізнятися в 1,5...2 рази.

 

Сплави – макроскопічно однорідні системи, що отримані поєднанням з двох чи більше металів чи неметалів і які мають виражені металеві властивості.

Хімічні елементи, утворюючі сплав називають компонентами.

Класифікацію сплавів проводять за наступними ознаками:

• По числу компонентів – бінарні (подвійні), потрійні, багатокомпонентні;
• По виду основного компоненту – залізні, мідні, титанові тощо;
• По числу фаз – однофазні та багатофазні;
• По способу отримання – плавлені (одержані кристалізацією з розплаву), спечені (металокерамічним способом), стиснені (порошкова металургія), конденсацією з парів, дифузійним насиченням та іншими.
• По технологічним властивостям – ливарні, електротехнічні, корозійностійкі, зносостійкі тощо.

Металеві сплави на відзнаку від чистих металів мають більш складну будову, що визначається кількістю компонентів та їх хімічними ознаками. Компоненти, що входять до складу сплаву, можуть утворювати такі фази: рідкі розчини, тверді розчини, хімічні з'єднання та механічні суміші.

Металеві рідкі розчини (розплави) представляють рідкий стан сплавів, який по більшості характеристик споріднений твердому стану. Якісна відзнака розплаву у відсутності в ньому дальнього порядку в кристалічній будові.

Більшість металів необмежено розчинюються один в одному. Однак деякі повністю не розчинюються у рідкому стані і розділяються   на шари по густині.

Металевими твердими розчинами називають однорідні тверді фази, які складаються з декількох компонентів, концентрації яких можуть бути змінені без порушення їх однорідності. Металеві тверді розчини утворюються в результаті проникнення в кристалічні ґратки основного металу атомів іншого металу чи неметалу. Розрізняють тверді розчини заміщення і вкорінення. Тип твердого розчину визначається різницею розмірів атомів основного металу та атомів домішки. У сплавах, будова яких є твердим розчином, співвідношення компонентів може бути перемінним, і один з компонентів зберігає свої кристалічні ґратки (розчинник) а атоми іншого розміщуються  в цих ґратках, змінюючи їх параметри.

Хімічне з'єднання – це хімічно нова речовина, що суттєво різниться від вихідних компонентів і властивостями, і будовою. В цій будові у хімічній формулі завжди зберігається кратне співвідношення компонентів АтВn, температура плавлення (дисоціації) постійна, утворення хімічної сполуки завжди супроводжується значним тепловим ефектом. Хімічні з'єднання, що утворюються в сплавах, відрізняються по деяким особливостям від типових хімічних сполук тим, що не підпорядковуються законам валентності і не мають постійного складу. Від твердих розчинів відрізняються тим , що мають незмінні кристалічні ґратки до температури плавлення. Хімічні з'єднання в сплавах за будовою та властивостями розділяють на класи: електронні з'єднання (з'єднання між одновалентними металами та простими металами), інтерметаліди (з'єднання металів з неметалами, їм властивий металевий тип хімічного зв’язку), фази вкорінення (з'єднання типу карбідів, нітридів, гідридів, з переважним металевим зв'язком) тощо.

Механічна суміш – це структура сплаву, що не має спільної будови і складається з окремих фаз, які утримуються слабкими силами тяжіння чи електростатичними силами, або за рахунок хімічної природи і мають споріднені компонентам сплаву властивості.

 

Структура сплавів.

Розрізняють макро-, мікро- і субструктури металів і сплавів.

Макроструктура – структура сплаву, що видима неозброєним оком чи при незначному збільшенні (до 30-40 разів). Макроструктура відображає структурну і хімічну неоднорідність, наявність пор, пустот, тріщин, розшаруватість, технологічні наслідки та інше.

Мікроструктура – це структура, що досліджується при значному збільшенні, за допомогою металографічних мікроскопів. Вона відображає форму, розміри, орієнтацію та взаємне розташування зерен металу; фазовий склад, співвідношення фаз.

Субструктура (тонка структура) – структура усередині зерна сплавів, що спостерігається при дуже значному збільшенні. Субструктура визначає більшість механічних і фізичних властивостей, кінетику фазових перетворень та інше.

 

Характер фазових і структурних перетворень в сплавах при зміні температури можна прослідити за допомогою аналізу мікроструктури, бо між мікроструктурою та властивостями існує чіткий зв'язок.

При кристалізації сплавів центри кристалізації мають перемінній склад, що залежить від температури. Це призводить до виникнення неоднорідності хімічного скалу – ліквації.   При цьому   неоднорідність всередині окремих зерен називають дендритною.

При охолодженні з дуже малими швидкостями в сплавах структури досягають рівновісного стану, тому що при цьому дифузія в рідких і твердих фазах відбувається разом одночасно з кристалізацією і склад кристалів вирівнюється, отримана структура називається гомогенною.

Структура, що формується в сплавах при фазових перетворення може бути однофазною чи багатофазною.

Однофазна  структура  формується в  сплавах  при повному взаємному

розчиненні компонентів, або у випадку, коли кількість розчиненого компоненту не перебільшує граничної