Сплавы типа растворов внедрения.

В предыдущих параграфах мы рассмотрели фазовые диаграммы для элементов, при взаимодействии которых образуются твёрдые растворы замещения: атомы одного элемента занисают места в узлах решётки другого элемента. Как при большой, так и при малой растворимости одного компонента в другом, образование твёрдых растворов происходит обычно при взаимодействии металлов. Возможен другой тип твёрдых растворов, в котором атомы растворённого элемента размещаются в промежутках между атомами металла – растворителя. Эти твёрдые растворы называются растворами внедрения. Растворителями обычно служат такие металлы, как железо, никель, вольфрам или титан. А растворяются, как правило, элементы, атомы которых имеют небольшие размеры,– водород, азот, углерод или кислород. Образуюшийся твёрдый раствор всегда имеет такую же структуру, как и металл. Однако решётка твёрдого раствора всегда увеличена в размерах по сравнению с чистым металлом, поскольку диаметр внедрённых атомов больше, чем начальный размер занятой им междоузельной полости. В основных структурных типах переходных металлов с ГЦК, ОЦК и КГ решетке имеется два типа междоузлий, в которых могут размещаться внедрённые атомы: позиции с октаэдрической координацией (рис.) и позиции с тетраэдрической координацией (рис. там же).

В ГЦК и КГ решётках число октапор равно числу атомов (четыре и шесть на элементарную ячейку соответственно), числа тетрапор – вдвое болтьше. В ОЦК решётке – по три октапоры на атом (шесть на ячейку), тетрапор – двенадцать на ячейку. На рис. указано геометрическое расположение октапор и тетрапор. Как видно из рисунков координационные тетраэдры по объёму вдвое меньше октаэдров. Локальные напряжения, возникающие в решётке возле атомов внедрения, обычно достаточно велики, Поэтому предельная растворимость, как правило, мала. Для многих сочетаний элементовполучение фазовых диаграмм с твёрдыми растворами внедрния связано с рядом трудностей. Поэтому нет ни одной диаграммы этого типа, которая была бы полностью определена во всём интервале концентраций.

Для сплавов содержащих лёгкие внедряемые элементы, применение рентгеноструктурного анализа затруднено. Химические методы исследования часто бывают очень трудоёмкими. Примером системы, которая точно определена в некоторой области концентраций, является система цирконий – водород (рис.). Здесь – фаза – это твёрдый раствор внедрения: атомы водорода занимают междоузлия в ГПУ структуре циркония.

Максимальная растворимость наблюдается при температуре и составляет около 6%. Основой – фазы служит объёмноцентрированная модификация циркония. Для этой фазы характерен очень большой интервал концентраций, Растворимость водорода в – фазе при температуре составляет примерно 50 ат.%. Многие конструкционные и строительные материалы являются твёрдыми растворами внедрения. Прочность этих материалов в значительной степени обусловлена атомами внедрения и устойчивыми соединениями, образующимися в этом сплаве.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: