KRYSTALICKÁ STAVBA KOVOVÝCH SLITIN

Transkript

1 KRYSTALICKÁ STAVBA KOVOVÝCH SLITIN

2 Krystalická stavba kovových slitin 1. MECHANICKÉ SMĚSI SI Mech. směs s dvou a více v fází f (složek) vzniká tehdy, jestliže e složky se vzájemn jemně nerozpouští ani nevytvářej ejí sloučeninu. Struktura mech. směsi si je tedy tvořena zrny jedné fáze a zrny druhé fáze, která jsou od sebe odděleny a mají každá svou mřížku. m 2. TUHÉ ROZTOKY Homogenní krystalické fáze, skládaj dající se ze dvou nebo více v složek. Tvoří jediný druh krystalové mřížky s proměnliv nlivým m chemickým m složen ením m a představují jednu fázi. f Jedna složka si zanechává svou krystalovou stavbu a atomy druhé se v nín rozpouštějí a) substituční b) intersticiáln lní

3 3. INTERMEDIÁLN LNÍ FÁZE V určit ité oblasti koncentrací mohou v některn kterých kovových soustavách vznikat kromě tuhých roztoků a heterogenních směsí i samostatné fáze tzv. Intermediáln lní. Na rozdíl l od tuhých roztoků nenavazují na čisté složky Mají samostatnou krystalovou mřížkum Často se liší vlastnostmi (M+F) od čistých složek a tuhých roztoků a) elektrochemické (valenční) ) sloučeniny b) sloučeniny u nichž rozhoduje velikostní faktor c) elektronové sloučeniny

4 Substituční tuhé roztoky atomy příměsovp sového prvku nahrazují uzlové body v mřížce. m Atomy příměsového prvku mohou postupně obsadit všechna v místa m v mřížce m základního kovu (neomezená rozpustnost) nebo jen omezený počet míst. jejich krystalová struktura je shodná se strukturou základnz kladního kovu. Vznik a rozsah S.T.R se řídí Hume-Rotheryho pravidlem: 1) Velikostní faktor průměr r atomů základního kovu a přísady musí být t zhruba stejný,, rozdíl l max. 15% 2) Elektrochemické chování prvků je li jeden silně elektropozitivní a druhý silně elektronegativní tím obtížněji se tvoří tuhé roztoky a vznikají intermediáln lní fáze. 3) Elektronová koncentrace poměr r počtu valenčních elektronů.. Kov s menší ším m počtem val. elektronů snadněji rozpouští kov s většív ším m počtem val. elektronů

5 Intersticiáln lní tuhé roztoky atomy příměsovp sového prvku se mohou umístit i v meziuzlových (intersticiáln lních) polohách do volných prostor se můžm ůže e umístit omezený počet atomů přísady, jejich rozpustnost je vždy v omezená poměr r velikosti atomu přísadovp sadového a základnz kladního prvku musí být t menší než 0.59 prvky s velmi malým m poloměrem: H, C, N, B nejčast astěji s kovy s KPC, HTU, méněm s KSC

6 Intermediáln lní fáze Elektrochemické (valenční) ) sloučeniny vznikají mezi prvky, z nichž jeden je silně elektropozitivní a druhý silně elektronegativní - s iontovou vazbou (slitiny Mg s ptvky IV sk. Pb,, Si, Sn, Te) ) Mg 2 Pb - s kovalentní vazbou (ZnS) Sloučeniny řízené velikostním m faktorem - interstitické vznikají podobně jako I.T.R mezi prvky se značně odlišnými at.. Poloměry (karbidy, nitridy, boridy, obecný vzorec M 4 X, M 2 X, MX, MX 2 ) - substituční pokud mezi poloměry jejich atomů je rozdíl l 20 30%. Nejznámější jsou Lavesovy fáze (obecný vzorec AB 2, př. p. MgCu 2 ) Elektronové sloučeniny jsou charakterizovány elektronovou koncentrací (počtem valenčních elektronů k počtu atomů) ) 3:2, 21:13 a 7:4. Největší význam v mosazích

7 ROVNOVÁŽNÉ BINÁRN RNÍ DIAGRAMY

8 Rovnovážné binárn rní diagramy znázor zorňují kvalitativní a kvantitativní popis fází, f, které se nachází v binárn rních i víceslov cesložkových soustavách při p i různr zných teplotách v rovnováze rovnovážné binárn rní diagramy lze rozdělit do několika n základnz kladních typů, ze kterých je možné odvodit diagramy složit itější při i popisu rovnovážných soustav vycházíme z rozpustnosti v kapalném a tuhém m stavu Dělení rovnovážných soustav: s neomezenou (úplnou)( rozpustností složek v kapalném m a tuhém m stavu s neomezenou rozpustností složek v kapalném m stavu a s omezenou rozpustností v tuhém m stavu s eutektickou nebo peritektickou přeměnou s neomezenou rozpustností v kapalném m stavu a úplnou nerozpustností v tuhém m stavu s úplnou nerozpustností nebo omezenou rozpustností kapalném m stavu s různr znými intermediáln lními fázemif složek v

9 I. TYP BINÁRN RNÍHO DIAGRAMU S NEOMEZENOU ROZPUSTNOSTÍ SLOŽEK V KAPALNÉM M A TUHÉM M STAVU T [ C ] cistý kov slitina I. T [ C ] I. Ta Tavenina T [ C ] T1 Likvidus T2 Solidus Tavenina Tb cas 100%Α 100%Β Pouze čisté složky A a B mají na křivkk ivkách tuhnutí prodlevu, v případp padě tuhnutí slitin probíhá krystalizace v intervalu teplot

10 PÁKOVÉ PRAVIDLO Za každé teploty v oblasti mezi likvidem a solidem lze vyjádřit poměrn rné množstv ství obou fázíf pomocí tzv. pákovp kového pravidla. Např.. Za teploty T 3 Poměrn rné množstv ství tuhé fáze = (x 3 * á 3 ) / (a 3 * á 3 ) Poměrn rné množstv ství kapalné fáze = (a 3 * x 3 ) / (a 3 * á 3 ) T [ C ] I. Ta T1 T3 T2 a 1 a 3 a1 x 3 a 2 Tavenina a 3 Solidus a Tavenina 2 Likvidus Tb Tuhá fáze 100%Α 100%Β

11 Příklad reáln lných binárn rních diagramů I. typu

12 II. A III. TYP BINÁRN RNÍHO DIAGRAMU S DOKONALOU ROZPUSTNOSTÍ SLOŽEK V KAPALNÉM M A TUHÉM M STAVU S maximem na křivkk ivkách likvidu a solidu S minimem na křivkk ivkách likvidu a solidu Tavenina Tavenina T [ C] T + T + T [ C] T + kongruentní bod T + x M x M A x B B A x B B

13 krystalizace slitin o koncentraci x M probíhá,, na rozdíl l od všech v od ostatních slitin soustavy, při p i konstantní teplotě podobně jako u čistých složek. Složen ení taveniny a krystalů se při p i krystalizaci nemění kongruentní krystalizace Příklad reáln lných binárn rních diagramů III. typu

14 IV. TYP BINÁRN RNÍHO DIAGRAMU S OMEZENOU ROZPUSTNOSTÍ SLOŽEK V TUHÉM M STAVU A PERITEKTICKOU PŘEMP EMĚNOU Tavenina Peritektická reakce: T + T [ C] Τ + P Τ + + x P x B P peritektický bod; - peritektikum

15 Obě složky se vzájemn jemně rozpouštějí v tuhém m stavu a tvoří dva druhy tuhých roztoků a,, které navazují na čisté složky A a B Čisté složky mají poměrn rně velký rozdíl l v teplotách tánít Reakce probíhaj hající v tuhém m stavu peritektoidní reakce γ + (peritektoid) Příklad reáln lných binárn rních diagramů IV. typu

16 V. TYP BINÁRN RNÍHO DIAGRAMU S OMEZENOU ROZPUSTNOSTÍ SLOŽEK V TUHÉM M STAVU A EUTEKTICKOU PŘEMP EMĚNOU T [ C ] Eutektická reakce: T + Ta C Tavenina +Tav. Likvidus L1 F Solidus + Ε E L2 eutektikála +Tav. G D Tb A 100%Α H É J B 100%Β

17 Obě složky se vzájemn jemně rozpouštějí v tuhém m stavu a tvoří dva druhy tuhých roztoků a,, které navazují na čisté složky A a B Teploty tánít čistých složek jsou přísadou p druhé složky snižov ovány. Křivky ivky likvidu proto od teploty tánít čistých složek klesají a protnou se v bodě E eutektický bod Eutektická slitina o složen ení x E má nejnižší teplotu tánít ze všech v slitin daného systému Reakce probíhaj hající v tuhém m stavu eutektoidní reakce γ + (eutektoid) Příklad reáln lného binárn rního diagramu V. typu

18 Schematické znázorn zornění binárn rního diagramu systému Pb-Sn

19 Va.. TYP BINÁRN RNÍHO DIAGRAMU S ÚPLNOU NEROZPUSTNOSTÍ SLOŽEK V TUHÉM M STAVU A EUTEKTICKOU PŘEMP EMĚNOU T [ C ] Ta C Tavenina Eutektická reakce: T A + B Likvidus L2 D Tb L1 F Solidus E eutektikála G + A Ε B + Ε 100%Α É 100%Β

20 Úplná nerozpustnost složek binárn rních slitin v tuhém m stavu je velmi vzácn cná.. Jedná se o limitní případ pad soustav s velmi malou vzájemnou rozpustností Je podobný V. typu, ovšem vznikající krystaly nejsou tuhé roztoky, ale čisté složky; eutektikála prochází celou koncentrační oblastí od jedné čisté složky k druhé Eutektikum je mechanickou směsí obou čistých složek Příklad reáln lného binárn rního diagramu Va.. typu

21 VZNIK INTERMEDIÁLN LNÍ FÁZE PŘI P I KONGRUENTNÍ PŘEMĚNĚ Spojení dvou diagramů s eutektickou přemp eměnou limitní případpad intermediáln lní fáze vzniká při i jedné koncentraci prvku B Intermediáln lní fáze můžm ůže e vznikat i spojením m dvou diagramů s peritektickou přeměnou méně často

22 PŘÍKLAD VZNIKU INTERMEDIÁLN LNÍ FÁZE PŘI P I KONGRUENTNÍ PŘEMĚNĚ

23 PŘÍKLAD VZNIKU INTERMEDIÁLN LNÍ FÁZE PŘI P I KONGRUENTNÍ PŘEMĚNĚ