Faza - jednorodna czesc układu (stopu), o jednakowych własciwosciach
fizycznych, jednakowym składzie chemicznym, oddzielona od pozostałych
wyrazna granica miedzyfazowa
Roztwór stały - faza składajaca sie z wiecej ni3 jednego pierwiastka
i zachowujaca typ struktury krystalicznej rozpuszczalnika
Podział roztworów stałych ze wzgledu na poło_enie atomów tworzacych
roztwór:
• substytucyjny (ró3nowezłowy) - roztwór stały, w którym atomy
składnika rozpuszczonego zastepuja atomy rozpuszczalnika (np. roztwór
Cu w Al)
• miedzywezłowy - roztwór stały, w którym wzglednie małe atomy
składnika rozpuszczonego nie zajmuja poło3en atomowych, lecz miejsca
w lukach pomiedzy atomami rozpuszczalnika (np. roztwór C w Fe-)
Podział roztworów stałych ze wzgledu na rozpuszczalnosc pierwiastków:
• ciagłe (np. stop Cu-Ni, W-Mo)
• graniczne (np. roztwór Cu w Al, roztwór C w Fe-)
Ciecz jest roztworem o pełnej (ciagłej) rozpuszczalnosci pierwiastków.
Wyjatkiem sa ciecze z monotektyka!
Reguła Hume-Rothery'ego:
Roztwór stały ciagły wówczas gdy 2 pierwiastki:
• maja ten sam typ sieci krystalograficznej
• ró3nia sie wielkoscia atomów mniej ni3 15%
• posiadaja zbli3ona wartosciowosc i elektroujemnosc
Faza posrednia - faza o własciwej sobie strukturze krystalicznej, utworzona
co najmniej z dwóch pierwiastków, charakteryzujaca sie okreslona
stechiometria (AmBn). Faza posrednia w której dominuja wiazania
metaliczne nazywana jest faza miedzymetaliczna.
Granica ziarna - wewnetrzna powierzchnia
oddzielajaca dwa kryształy o takiej
samej sieci krystalograficznej, takim
samym lub zbli3onym składzie
chemicznym ró3niace sie orientacja
krystalograficzna
Granice sa miejscami bardziej reaktywnymi
chemicznie. Stanowia równie3 droge
łatwej dyfuzji pierwiastków.
Granica ziarna waskokatowa -
utworzona pomiedzy dwoma ziarnami,
których sieci sa wzgledem siebie
skrecone symetrycznie wokół osi le3acej
w płaszczyznie granicy (kat G<15°)
Granica szerokokatowa - G>15°
Granica miedzyfazowa - powierzchnia graniczna oddzielajaca kryształy
ró3nych faz ró3niacych sie orientacja, typem sieci krystalograficznej i/lub
składem chemicznym. Wystepuje w materiałach wielofazowych.
Granice te dziela sie na:
• koherentne (rys. a)
• czesciowo koherentne (rys. b)
• niekoherentne
Struktura materiału rozpatrywana mo3e byc na kilku „poziomach”:
• struktura pojedynczego atomów lub grup atomów (wpływa na rodzaj
wiazan miedzy atomami czyli równie3 na własnosci!)
• rozmieszczenie atomów w przestrzeni (krystalografia)
• mikrostruktura - poziom struktury składajacy sie zwykle z małych
kryształów (ziarn) o wielkosci 10 ÷ 100 μm
1 μm = 10-6 m
Opis mikrostruktury:
• liczba faz
• wielkosc ziarna
• wielkosc wydzielen i ich kształt (współczynnik kształtu)
• ułamek objetosciowy wydzielen
• stopien dyspersji wydzielen
Ujawnianie mikrostruktury materiałów na zgładach
metalograficznych:
• ciecie (wybór odpowiedniej płaszczyzny)
• szlifowanie (papiery scierne o stopniowo zmniejszajacej sie wielkosci
ziarna)
• polerowanie (pasty diamentowe, Al2O3, elektrolityczne)
• trawienie (np. roztwory kwasów w alkoholu lub wodzie)
• obserwacje mikrostruktury (mikroskop swietlny)
Segregacja - niejednorodny skład stopu utworzony podczas krzepniecia
nierównowagowego.
Podział:
Makrosegregacja - ró3nice w składzie chemicznym pomiedzy srodkowa i
przypowierzchniowa czescia wlewka lub odlewu.
Mikrosegregacja (segregacja dendrytyczna) - niejednorodnosci składu ograniczone
do mikroobszarów stopu.
Płaski front krystalizacji
Zaburzenie na granicy miedzyfazowej sie nie
rozwija, gdy# ciecz jest przegrzana powy#ej
temperatury krystalizacji
Wzrost dendrytyczny
Zaburzenie na granicy miedzyfazowej rozwija
sie poniewa# ciecz jest przechłodzona poni#ej
temperatury krystalizacji. Tworza sie dendryty.
Ciepło krystalizacji odprowadzane do cieczy!
Krzepniecie równowagowe
Ciekły stop krzepnie w przedziale temperatur
pomiedzy likwidus i solidus.
Po zakrzepnieciu nie ma segregacji (cała faza
stała ma sklad co).
Struktura odlewu
a) strefa kryształow zamrożonych Przechłodzenie termiczne przy
sciance wlewnicy.
Zarodkowanie i wzrost dendrytów
równoosiowych (kryształów
zamrożonych) b) strefa kryształow kolumnowych Wypychanie domieszki przed front
krystalizacji obni_a temperature
likwidus powodujac pojawienie sie
przechłodzenia ste_eniowego.
Rosnace kryształy kolumnowe
posiadaja charakter tzw.
dendrytów komórkowych
c) strefa kryształów równoosiowych W miare postepu krzepniecia rozszerza sie zakres
cieczy przechłodzonej ste_eniowo.
Stwarza to szanse zarodkowania heterogenicznego
lub wzrostu fragmentów dendrytów w postaci
du_ych losowo zorientowanych dendrytów
tworzacych w efekcie srodkowa strefe równoosiowa
Krzepniecie nierównowagowe
Krzepniecie stopu z brakiem dyfuzji w stanie stałym i konwekcyjnym
mieszaniem w cieczy
1. Umocnienie roztworowe
2. Umocnienie dyslokacyjne (odkształceniowe)
3. Umocnienie przez czastki faz wtórnych
4. Umocnienie przez rozdrobnienie ziarna
Umocnienie roztworowe - przez tworzenie
roztworu
Wokół atomów rozpuszczonych wystepuja pola
odkształcen spre3ystych, które zmniejszaja
ruchliwosc dyslokacji
Umocnienie odkształceniowe - przez odkształcenie plastyczne
Odkształcenie plastyczne -> poslizg dyslokacji
Du3a gestosc dyslokacji -> utrudniony poslizg (spietrzanie
dyslokacji) -> wzrost wytrzymałosci
Umocnienie przez czastki drugiej fazy:
• umocnienie dyspersyjne - drobne czastki wprowadzane do
stopu np. droga metalurgii proszków)
• umocnienie wydzieleniowe - sterowana obróbka cieplna
stopów prowadzi do powstania wydzielen.
WARUNEK: zmienna rozpuszczalnosc składników ze zmiana
temperatury
WARUNEK: zmienna rozpuszczalnosc składników ze zmiana temperatury!