Sprawozdanie z ćw.
Stopy dwuskładnikowe
Tylko nieliczne metale znajdują bezpośrednie zastosowanie w stanie chemicznie lub technicznie czystym, ze względu na ich niską wytrzymałość. W technice stosuje się głównie stopy metaliczne. Mają one lepsze własności mechaniczne od czystych metali, a ponadto mogą wykazywać nowe szczególne właściwości, nie występujące u czystych metali. Stopy metaliczne mogą być złożone z dwóch lub więcej składników, przy czym przynajmniej jeden główny składnik stopu musi być metalem. Znalazły one bardzo szerokie zastosowanie w związku z różnorodnymi właściwościami, jakie można uzyskać przez stapianie ze sobą różnych składników. Właściwości stopów są zależne zarówno od ich składu chemicznego, jak też od i od budowy wewnętrznej, tj. struktury. W zależności od liczby składników tworzących stop rozróżnia się stopy podwójne, potrójne, poczwórne, tj. złożone z dwóch, trzech lub czterech składników.
Skład chemiczny stopów wyraża się w procentach wagowych, ujmujących procentową masę danego składnika w stosunku do całej masy stopu, lub w procentach atomowych, określających procentowy udział atomów poszczególnych składników do ogólnej liczby atomów. Pierwszy sposób wyrażania składu chemicznego stopów znajduje zastosowanie głównie w przemyśle, natomiast drugi w rozważaniach teoretycznych.
Najbardziej rozpowszechnioną metodą otrzymywania stopów jest stapianie ze sobą poszczególnych składników wchodzących w skład stopu. Stopy można uzyskiwać przez spiekanie i dyfuzję w stanie stałym oraz przez kondensację ze stanu gazowego lub przez jednoczesne osadzanie elektrolitu.
Budowa stopów metalicznych jest krystaliczna, jednakże w stosunku do budowy czystych metali będzie ona bardziej złożona. Struktura stopów zależeć będzie od sposobu wzajemnego oddziaływania na siebie stapianych składników w procesie krystalizacji. W przypadku, gdy stapiane składniki zupełnie na siebie nie oddziałują, struktura stopu po jego zakrzepnięciu będzie mieszaniną oddzielnych ziarn obu składników. Stapiane elementy mogą jednak wchodzić między sobą w reakcje chemiczne i wówczas powstają kryształy związków chemicznych i innych faz międzymetalicznych lub też stapiane metale mogą się wzajemnie całkowicie lub częściowo rozpuszczać tworząc kryształy roztworów stałych.
W stanie gazowym stopy metaliczne tworzą jednorodną mieszaninę atomów lub cząsteczek. W stanie ciekłym większość metali rozpuszcza się wzajemnie w sposób nieograniczony, co oznacza, że po stopieniu niezależnie od ilościowego ich stosunku otrzymuje się jednorodny ciekły roztwór. Istnieją również metale nie rozpuszczające się wzajemnie, jak np.: żelazo i ołów. Stopione, nie rozpuszczające się wzajemnie w stanie ciekłym metale, rozwarstwiają się po pewnym czasie, wytwarzając dwie oddzielne warstwy cieczy, jedna nad drugą w zależności od ich ciężarów właściwych. Częściej metale rozpuszczają się w sobie, chociażby w stopniu bardzo nieznacznym. W tym ostatnim przypadku, o ile zawartość składnika stopu nie przekracza jego granicznej rozpuszczalności w metalu - rozpuszczalniku, otrzymuje się również jednorodny ciekły roztwór. W przypadku zaś, gdy zawartość składnika stopowego przekracza jego graniczną rozpuszczalność, powstają dwa nasycone ciekłe roztwory na osnowie obu metali wchodzących w skład stopu.
(…)
….
W celu sporządzenia wykresu równowagi fazowej trzeba przeprowadzić analizę termiczną szeregu stopów o różnych stosunkach wagowych obu metali, polegającą na wykreśleniu krzywych chłodzenia czy też nagrzewania. Im więcej stopów zostanie przebadanych, tym dokładniej ustalić można przebieg wykresu. W przypadku całkowitej rozpuszczalności wykres składa się tylko z dwóch krzywych: linii solidus (poniżej…
… przestrzennej i w tym względzie nie różnią się od kryształów czystego składnika. Różnica pomiędzy stopem a czystym metalem występuje dopiero w budowie atomowej. Sieć krystaliczna roztworów stałych zbudowana jest z atomów wszystkich składników stopu, w przeciwieństwie do kryształów czystych metali, które zbudowane są tylko z atomów danego pierwiastka. Tylko niektóre metale mogą się w sobie rozpuszczać…
… całkowicie nie rozpuszczające się w sobie w stanie stałym. Stopy takie po zakrzepnięciu będą mieszaniną kryształów obu tych metali.
W zależności od sposobu rozmieszczenia atomów w sieci krystalicznej metalu rozpuszczalnika rozróżnia się trzy rodzaje roztworów stałych:
roztwory różnowęzłowe (zamienne, substytucyjne),
roztwory międzywęzłowe (śródwęzłowe, interstycyjne),
roztwory pustowęzłowe (substrakcyjne…
… w określonej temperaturze oraz ustalić ich liczbę. Wykresy te dlatego zwane są wykresami równowagi, ponieważ przedstawiają trwałe stany stopów, odpowiadające w danych warunkach najmniejszemu zapasowi energii swobodnej układu, a w praktyce otrzymywane przez bardzo wolne nagrzewanie czy też chłodzenie. Pomocą przy konstrukcji układów równowagi fazowej oraz sprawdzianem prawidłowego ich wykonania jest reguła faz Gibbsa, dająca jakościową charakterystykę układów wielofazowych w stanie równowagi. Na podstawie reguły faz można przewidzieć, czy przemiany zachodzą w stałej temperaturze, czy też w zakresie temperatur, oraz ile faz może równocześnie występować w stanie równowagi. Reguła faz określa liczbę stopni swobody w zależności od liczby składników i ilości faz. Ilość stopni swobody określa ilość czynników…
…, jest zupełnie podobna do poprzednio omówionego przypadku eutektyki, z tą jednak różnicą , że przy krzepnięciu wydzielać się będą kryształy roztworu stałego lub , w zależności czy będą to stopy nad- czy podeutyktyczne. Możemy również spotkać wykresy stopów o ograniczonej rozpuszczalności w stanie stałym z przemianą perytektyczną. Przemiana perytektyczna zachodzi gdy w skład stopu wchodzą składniki…
… której stop znajduje się wstanie stałym) oraz likwidus (powyżej której stop jest w stanie ciekłym).
Wystąpić może również całkowity brak rozpuszczalności. Przykładem pary metali, które zupełnie nie rozpuszczają się w sobie w stanie stałym ani też nie tworzą związków chemicznych, a w stanie ciekłym rozpuszczają się wzajemnie nieograniczenie są bizmut i kadm.
W tym przypadku wykres…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)