IMG6 027 (2)

26 2. Budowa stopów

26 2. Budowa stopów

Pr*

27

dS + dS„ > 0.

skąd

W świetle przytoczonych cech pierwiastki dzieli się obecnie na: metale ~

wodniki, półprzewodniki - i niemetale - izolatory.

Spośród pierwiastków naturalnych 83 występuje w stanie metalicznym. 2 liczby poważniejsze zastosowanie techniczne ma 30 -r 40 metali. Przemysł eleky techniczny i elektroniczny wykorzystuje metale dla dobrej przewodności elektrycy lub przenikalności magnetycznej. Przemysł chemiczny wykorzystuje metale o dóbr! przewodności cieplnej i dużej odporności na korozję. Wreszcie przemysł maszynowi metale techniczne wykorzystuje w najmniejszym stopniu, głównie dla ich plastyki ności.

W stanie metalicznym występują również stopy metali, mające najwięku zastosowanie spośród materiałów konstrukcyjnych.

Stopem nazywa się połączenie o określonym składzie dwóch lub więcej pierwiastkój spośród których przynajmniej jeden jest metalem. Dzięki temu stop odznacza się cechaJ metalicznymi. Tak na przykład najważniejszy technicznie stop - stal zwykła (węglowi - zawiera żelazo jako składnik podstawowy, węgiel jako dodatek stopowy, ponadto pi chodzące z procesu metalurgicznego mangan i krzem oraz fosfor i siarkę.

Stopy otrzymuje się metodami:

-    metalurgiczną, polegającą na redukcji rudy z równoczesnym stapianiem zredukJ wanych metali, jak np. surówka, stal, stop Monela,

-    odlewniczą, polegającą na stapianiu metali składników, ewentualnie w postaci stopów pośrednich, tzw. zapraw, lub złomu, jak np. mosiądze, siluminy, znale,

-    galwaniczną, polegającą na elektrolitycznym osadzaniu na powierzchni wyrobói metali składników, z ewentualnym następnym wygrzewaniem, jak np. mosiądze, brązy stopy srebrowo-kadmowe,

-    metalurgii proszków, polegającą na prasowaniu, a następnie spiekaniu proszków metali składników i ewentualnym dodatkowym przekuwaniu dla usunięcia porowatości jak np. brąz ołowiowy, stop alnico,

-    mechanicznej syntezy, polegającej na intensywnym mieleniu mieszaniny proszków w wyniku czego powstaje proszek o zamierzonym składzie, który następnie pizeksziałcj się różnymi metodami w materiał lity. np. stopy żarowytrzymałe, materiały magnetyczni

Jako podstawowe składniki stopów stosuje się najczęściej metale o dobrej plastyczności, np. Fe, Ni, Cu, Al, a jako dodatki stopowe, występujące w mniejszej ilości, metale o dużej wytrzymałości i twardości, a gorszej plastyczności.

Wszystkie możliwe stopy utworzone przez te same składniki, np. miedź i cynki stanowią układ stopów Cu-Zn. Teoretycznie układ obejmuje nieskończenie wiellą liczbę stopów, z których zastosowanie techniczne ma zwykle tylko kilka luk kilkanaście.

Podczas analizowania dowolnego układu stopów bardzo przydatne jest pojęci fazy, przez które rozumie się część układu o makroskopowo jednakowych właściwościach termodynamicznych (składzie, budowie i właściwościach), oddzieloną od pozostałej części^powierzchnią rozdziału - granicą międzyfazową.

W układzie jednoskładnikowym, tj. złożonym z jednego składnika (pierwiastki lub związku chemicznego), pojęcia fazy i stanu skupienia są jednoznaczne. Tak ni

2.2. Warunki równowagi układu

przykład w zamkniętym naczyniu zawierającym wodę z lodem, a nad powierzchnią cieczy parę wodną,występują trzy stany skupienia składnika, będące równocześnie trzema fazami układu. Są to mianowicie: woda (ciecz), lód (ciało stałe) i para wodna (gaz). W układach wieloskładnikowych złożonych z dwóch lub więcej składników nie można utożsamiać pojęć stanu skupienia i fazy. Tak na przykład w trakcie stapiania dwuskładnikowego stopu Cu-Ni układ (w tyglu) obejmuje dwa stany skupienia: stały i ciekły, ale trzy fazy: miedź stałą, nikiel stały i ciekły stop (roztwór ciekły Cu-Ni).

2.2. WARUNKI RÓWNOWAGI UKŁADU

Każda faza jest trwała w określonych warunkach zewnętrznych (ciśnienie, temperatura). Przekroczenie pewnego przedziału ciśnienia, a zwłaszcza temperatury, wywołuje samorzutną przemianę prowadzącą do utworzenia nowej fazy, trwałej w zmienionych warunkach. Kierunek takiej przemiany określa reguła przekory Le Chateliera-Brauna, która głosi: .jeżeli układ będący w stanie równowagi podlega wpływom naruszającym tę równowagę, to powstaje reakcja przeciwdziałająca tym wpływom”.

Tak na przykład faza stała ołowiu jest trwała w temperaturach do 327°C. Podczas nagrzewania w temperaturze 327°C następuje samorzutna przemiana topnienia ołowiu: zanika faza stała, a pojawia się faza ciekła. W czasie topnienia układ pochłania ciepło przemiany, a więc przeciwdziała wzrostowi temperatury. W temperaturach wyższych od 327°C trwała jest tylko faza ciekła ołowiu.

W układzie rzeczywistym, zdolnym do wymiany energii z otoczeniem o energii wewnętrznej U, objętości V, ciśnieniu p, temperaturze Ti entropii S, podlegającym nieskończenie małej przemianie, zgodnie z I zasadą termodynamiki

dl/ = d6 - pdV,    (2.1)

gdzie dQ jest ilością ciepła pobraną przez układ z otoczenia w temperaturze T,pdV - pracą wykonaną przez układ podczas przemiany.

Jeżeli zmiany entropii układu i otoczenia oznaczyć odpowiednio symbolami dS i dS„, to według II zasady termodynamiki całkowita zmiana entropii (układu i otoczenia) podczas przemiany może być dodatnia albo równa zeru:

(2.2)

Podstawiając wartość dS₀ = -dQ/T, a na dQ wartość z równania (2.1) dQ = = dU + pdV, otrzymujemy nierówność (2.2) w postaci:

dS gjg®	(2.3)
dU + pdV- TdS < 0.	(2.4)