Химическое соединение

Компоненты некоторых сплавов при кристаллизации могут входить в химическую связь, образуя химическое соединение. На­пример: железо с углеродом образуют химическое соединен Fe₃C — карбид железа (цементит); медь с магнием — Cu₂Mg; магний со свинцом — Mg₂Pb и т. д. Химическое соединение, как и твер­дый раствор, обладает однородной структурой. Кристаллическая решетка его включает атомы обоих компонентов. Однако в крис­таллической решетке химического соединения в отличие от твердого раствора атомы каждого компонента находятся в строго опре­деленном количестве и расположены всегда одинаково.

Например, химическое соединение железа с углеродом Fe₃C всегда состоит из трех атомов железа и одного атома углерода, соединение Mg₂Pb всегда имеет два атома магния и один атом свинца. Таким образом, химическое соединение имеет постоян­ный состав и выражается химической формулой, а состав твер­дых растворов изменяется в широких пределах и твердый ра­створ не может быть выражен химической формулой. Кристал­лическая решетка химического соединения отличается от реше­ток входящих в него компонентов, поэтому при образовании сплава оно рассматривается как самостоятельный компонент. Например, сталь — сплав, одним компонентом которого является железо, а дру­гим — химическое соединение Fe₃C (цементит).

Химические соединения обладают очень высокой твердостью и хорошим электросопротивлением. Иногда их твердость в 10 раз превышает твердость чистых компонентов. Например, железо с углеродом образует химическое соединение Fe₃C, твердость кото­рого в 10 раз выше твердости железа. Химические соединения воль­фрама и титана с углеродом (карбиды), отличающиеся очень высо­кой твердостью, используют для изготовления режущих инстру­ментов. В отличие от твердых растворов химические соединения характеризуются высокой хрупкостью, для обработки давлением они непригодны.

Механическая смесь

Отдельные компоненты в твердом состоянии не растворяются друг в друге (с образованием твердого раствора) и не входят меж­ду собой в химическую реакцию (с образованием химического соединения). При кристаллизации у каждого из таких компонен­тов создается своя, свойственная только ему одному кристалли­ческая решетка. Перемешиваясь друг с другом при постоянной температуре и определенном процентном соотношении, они обра­зуют механическую смесь, в которой при рассмотрении под мик­роскопом видны отдельные компоненты. Так, механическая смесь Pb—Sb образуется при температуре 246 °С и соотношении компо­нентов: Рb — 87 % , Sb — 13 % .

Механические смеси имеют хорошие литейные свойства. Осо­бенно это относится к эвтектическим сплавам, которые обладают большей жидкотекучестью и меньшей температурой плавления, чем составляющие их компоненты.

Знание строения сплавов облегчает их выбор при изготовлении деталей машин и разработке технологических процессов. При изу­чении процессов, происходящих в металлах и сплавах в случае изменения их температуры и состава, пользуются такими понятиями, как компонент, система, фаза. О компоненте было сказано выше.

Фазой называется часть системы, имеющая однородное строе­ние и отделенная от других частей поверхностью раздела. В со­став фазы может входить любое число компонентов, из которых состоит система. Система может содержать одну фазу и более. Однокомпонентные системы «сера», «алюминий», «поваренная соль» при комнатной температуре имеют одну твердую фазу, сис­тема «вода» в этих же условиях содержит одну жидкую фазу, а сис­тема «водород» — одну газообразную фазу. При температурах ниже нуля система «вода» также однофазна, имеет одну твердую фазу лед. При нуле градусов эта система двухфазна, так как при этой температуре сосуществуют жидкая (вода) и твердая (лед) фазы.