BUDOWA STOPÓW

METALI

Stopy metali

• Substancje wieloskładnikowe, w których

co najmniej jeden składnik jest metalem,
wykazujące charakter metaliczny.
Składnikami stopów mogą być
pierwiastki lub substancje złożone, np.
związki nie ulegające przemianom

• Skład chemiczny: stężenie masowe lub

atomowe

Fazy

•Stopy mogą być jedno- lub wielofazowe
•Faza: jednorodna część stopu oddzielona

granicą międzyfazową
•Układ: zbiór faz w stanie równowagi

termodynamicznej
•Rodzaje faz: pierwiastki, roztwory stałe, fazy

międzymetaliczne

Roztwory stałe

• Jednorodna faza o wiązaniu metalicznym i strukturze

krystalicznej, o właściwościach metalicznych

• Rozpuszczalnik i pierwiastek rozpuszczony
• Roztwory podstawowe: rozpuszczalnikiem jest

pierwiastek

• Roztwory wtórne: rozpuszczalnikiem jest faza

międzymetaliczna

• Roztwory stałe różnowęzłowe (atomy rozpuszczalnika

i składnika rozpuszczonego w węzłach sieci) i
międzywęzłowe (atomy składnika rozpuszczonego
między węzłami sieci rozpuszczalnika)

Roztwory różnowęzłowe mogą być ciągłe (dowolne
proporcje atomów rozpuszczalnika i pierwiastka
rozpuszczonego) lub graniczne; zawsze ma miejsce

ekspansja lub kontrakcja sieci

Reguły Hume-Rothery`ego

tworzenia roztworów stałych

ciągłych

• Oba składniki mają jednakowy typ struktury

krystalicznej

• Nieograniczona

rozpuszczalność

przy

stosunku promieni atomowych <1,08, tylko

ograniczona dla >1,15

• Im mniejsza różnica elektrowartościowości,

tym

większa

możliwość

tworzenia

roztworów stałych

• Jednakowa

wartościowość

sprzyja

nieograniczonej rozpuszczalności

W niektórych roztworach stałych różnowęzłowych o
określonym stężeniu ma miejsce przemiana
nieporządek – porządek w trakcie chłodzenia lub
nagrzewania. Wzory AB, AB3, A3B

T

Roztwory międzywęzłowe graniczne; zawsze ma miejsce
kontrakcja sieci. Tworzą je metale przejściowe (np. Fe,
Ti) z pierwiastkami niemetalicznymi o bardzo małych
promieniach atomowych (H, C, N).

Umocnienie roztworów

stałych

Stopy jednofazowe o strukturze roztworów
stałych wykazują zwykle wyższe właściwości
wytrzymałościowe niż czyste metale. Umocnienie
poprzez tworzenie się roztworu stałego wiąże się
z działaniem jednego lub kilku mechanizmów
dyslokacyjnych:

• blokowaniem dyslokacji w położeniach
wyjściowych,

• zmniejszeniem szybkości ruchu dyslokacji w
wyniku zwiększenia naprężenia tarcia sieci,

• utrudnieniem w pokonywaniu przeszkód przez
dyslokacje w wyniku ograniczenia poślizgu
poprzecznego

Fazy międzymetaliczne

Definicja:
Połączenia metali lub metali z niemetalami, wykazujące

właściwości metaliczne ze względu na częściowy lub

całkowity udział wiązania metalicznego między atomami

wchodzącymi w skład fazy.
Charakterystyczne cechy:
•Struktura krystaliczna różna od struktury każdego ze

składników
•Uporządkowane rozmieszczenie atomów w sieci

krystalicznej
•Przewaga wiązania metalicznego między atomami
•Wzajemne stosunki ilościowe atomów składników

rzadko odpowiadają ich wartościowościom chemicznym

jakie wykazują w związkach chemicznych, chociaż

przypisuje się im określone wzory podobne do związków

chemicznych

Fazy międzymetaliczne

Roztwory stałe wtórne:
Są to roztwory, w których rozpuszczalnikiem jest faza

międzymetaliczna, a składnikiem rozpuszczonym –

pierwiastki tworzące fazę. Roztwory mogą być:

różnowęzłowe, międzywęzłowe i pustowęzłowe.

Kryteria klasyfikacji faz:
•Stężenie elektronowe
•Wielkość atomów składników

Rodzaje faz:

•elektronowe
•Lavesa
•o strukturze siatek kagome
•międzywęzłowe

Fazy elektronowe

•Roztwory stałe wtórne o wyraźnych

właściwościach metalicznych
•Tworzą się między metalami 2 klas
•Ich strukturę warunkują 3 wartości stężenia

elektronowego: 21/14 (3/2), 21/13, 21/12 (7/4)
(Stężenie elektronowe: stosunek liczby

elektronów wartościowości/walencyjnych do

liczby atomów w komórce elementarnej)

Fazy Lavesa

•Wzór AB

2

•Głównym czynnikiem wpływającym na ich
powstanie jest wielkość promieni atomowych:
1,05-1,68
•Utworzone są przez składniki rozmieszczone w
dowolnych miejscach układu okresowego
•Występują m.in. w stopach Fe, Mn, Cr i Mo z
innymi metalami, np. Fe

2

Mo, wydzielająca się w

stalach Cr-Mo w wyniku długotrwałej
eksploatacji w podwyższonej temperaturze

Fazy o strukturach siatek

kagome

• Fazy  ( stalach >13% Cr) , P, R, ,



• Charakter roztworów stałych

wtórnych

• Powstają po długotrwałym

wygrzewaniu roztworów stałych
podstawowych w podwyższonej
temperaturze

Fazy międzywęzłowe

•Są to fazy, których węzły są obsadzone atomami

jednego z metali przejściowych M (Fe, Cr, Mo,

Mn, Ti), a pozycje międzywęzłowe są zajęte przez

atomy 1 lub 2 pierwiastków niemetalicznych o

małym promieniu atomu X (H, B, C, N), węgliki,

azotki, wodorki, borki, węglikoazotki

•O ich powstaniu decyduje czynnik wielkości
atomów.

•Klasyfikacja w zależności od stosunku promieni
metalu r

x

i niemetalu r

a

•Gdy r

X

/r

M

 0,59, tworzą się fazy o strukturach

prostych, o wzorach M

4

X, M

2

X, MX, MX

2

•Gdy r

X

/r

M

> 0,59, tworzą się fazy o strukturach

złożonych, o wzorach M

3

X, M

23

X

6

, M

7

X

3

, M

6

C

Azotki i węglikoazotki

Azotki i węgliki typu MN i MC oraz M

2

N i M

2

C są

izomorficzne (ten sam typ sieci krystalicznej) i cechują
się wzajemną rozpuszczalnością. Możliwe jest więc
tworzenie w stopach węglikoazotków typu M(C,N) i
M

2

(C,N)