Сплавы, свойства, применение. Термический анализ, диаграммы плавкости.

При кристаллизации из расплавленного состояния различные металлы ведут себя следующим образом:

1) В твердом состоянии сплавляемые металлы не растворяются и химически не взаимодействуют друг с другом. При этих условиях сплав представляет собой механическую смесь.

2) Сплавляемые металлы взаимодействуют друг с другом, образуя химическое соединение (интерметаллическое).

3) При кристаллизации из расплава растворимость металлов друг в друге сохраняется. Образуются однородные кристаллы. В этом случае твердая фаза носит название твердого раствора, при этом для одних металлов их взаимная растворимость в твердом состоянии не ограничена, другие металлы растворимы друг в друге лишь до определенных концентраций.

Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Сплавы, используемые в промышленности

Сплавы различаются по своему предназначению.

- Конструкционные сплавы: стали, чугуны, дюралюминий

- Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства): бронзы, латуни

- Для заливки подшипников: баббит

- Для измерительной и электронагревательной аппаратуры: манганин, нихром

- Для изготовления режущих инструментов: победит

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

1. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механическую смесь (1)

(Pb – Sb)

В точке Е смесь называется

эвтектика.

1. Для сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии.

1. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью.

l)- чистый расплав.

ll)-твердое вещество(твердый раствор) компонента х в у

lll)-компонента у в х

lV) и V)-сосуществование расплава в кристаллах твердого раствора

Vl) и Vll)-смесь кристаллов эвтектики и соответствующих твердых растворов.

4. Диаграмма состояния сплавов (для сплавов, образующих химические соединения):

т.С – точка температуры плавления соединения

l)-чистый расплав.

ll, lll, lV, V)- сосуществование расплава в кристаллах твердого раствора.

Vl, Vll, Vlll, lX)-смеси соответствующих твердых растворов.

Термический анализ, совокупность методов определения температур, при которых происходят процессы, сопровождающиеся либо выделением тепла (например, кристаллизация из жидкости), либо его поглощением (например, плавление, термическая диссоциация).

Визуальный метод термического анализа состоит в наблюдении и измерении температуры первого появления (исчезновения) неоднородности (например, выпадения кристаллов, исчезновения мути в системе двух несмешивающихся жидкостей) в изучаемой среде при её охлаждении (или нагревании). Он применим только к прозрачным легкоплавким объектам. Гораздо более общим является метод построения кривых «время — температура». Нагревая (охлаждая) изучаемый объект, измеряют через небольшие промежутки времени его температуру; результаты измерений изображают графически, откладывая время по оси абсцисс, а температуру — по оси ординат. При отсутствии превращений кривая нагревания (охлаждения) идёт плавно; превращения отражаются появлением на кривой изломов или горизонтальных участков («остановок»). Наиболее точен дифференциальный метод термического анализа, по которому нагревание (охлаждение) исследуемого объекта ведут вместе и в одних и тех же условиях с веществом-эталоном, которое в условиях опыта не имеет превращений. В этом случае на одном и том же графике записывают и кривую «время —температура», и кривую «время — разность температур» объекта и эталона. Эта разность появляется при любом превращении исследуемого объекта, протекающем с поглощением (выделением) тепла. О характере превращений судят по виду простой кривой нагревания (охлаждения), а по дифференциальной кривой точно определяют температуру превращения. Для записи кривых нагревания и охлаждения используют самопишущие приборы (пирометр Н. С. Курнакова), электронные (автоматические) потенциометры, оптические пирометры. С помощью термического анализа решается задача получения количественных характеристик (например, фазовый состав, теплота реакций) при нагревании (охлаждении) исследуемых объектов. Термический анализшироко применяется при изучении сплавов металлов и др. сплавов, а также минералов и др. геологических пород.