Твердые растворы

Твёрдый раствор - это фаза, в которой один компонент сохраняет свою кристаллическую решётку (растворитель), а второй не сохраняет (легирующий элемент). Твёрдые растворы всегда имеют решётку растворителя.

Существуют следующие виды твёрдых растворов: замещения и внедрения.

Твердые растворы замещения (рис. 4.1).По этому механизму образуются легированные стали, где растворителем является Fe_α. При этом следует иметь в виду, что атомные объемы у Fе и легирующего элемента (хрома, молибдена, никеля, вольфрама и др.) не одинаковы, то есть при замещении атомов железа легирующим элементом кристаллическая решетка железа деформируется, то есть искажается. Поэтому легированные стали по сравнению с углеродистыми более твердые и прочные, но у них запас пластичности и вязкости ниже.

Рис.4.1. Схема строения твердых растворов замещения

Эти растворы бывают ограниченные и неограниченные.

Условия образования неограниченных твердых растворов:

1. однотипность кристаллических решёток;

2. различие в атомных объемах должно быть небольшим (не более 8... 15%);

3. элементы должны быть в одной или смежных группах таблицы Менделеева.

При несоблюдении этих требований получим ограниченные твёрдые растворы.

Твёрдые растворы внедрения (рис.4.2). Эти растворы образуются между переходными металлами (Fе; Ni; Со; Мn...) и металлоидами (С; N; О; S; Р.) с очень маленьким атомным объемом, чтобы они смогли поместиться в порах между атомами растворителя. Эти растворы всегда ограниченные (поры заполнены - больше не растворяются). По свойствам эти растворы так же, как и растворитель, мягкие и пластичные.

Рис. 4.2. Схема строения твёрдых растворов внедрения