TEORIJA LEGURA Čisti metali nemaju ... - MASINAC.org

neograničenom rastvorljivošću jednog elementa u drugom mogu se formirati, ali je neophodno da sezadovolje Hjum-Roderijeva (Hume-Rothery) pravila čvrstih rastvora. Dva atoma moraju da zadovoljesledeće:• kristalne rešetke oba elementa moraju biti jednake,• razlika u poluprečnicima ∆R njihovih atoma mora biti manja od 15%,• razlika u elektronegativnosti ne sme biti značajna,• elementi bi trebalo da imaju istu valentnost.Ako ovi uslovi nisu ispunjeni obrazovanje čvrstog rastvora zamenom atoma neće biti potpuno, akoličina obrazovanog čvrstog rastvora biće ograničena.Ako postoji razlika u prečnicima atoma dva elementa koji formiraju čvrsti rastvor zamenomdoći će do iskrivljenosti kristalne rešetke (skupljanje ili proširivanje) u okolini zamenjenog atoma.U svakom slučaju, u kristalnoj rešetki se pojavljuju naponi. Ovi naponi rastu sa porastom koncentracijerastvorenog elementa i dostižu neku kritičnu vrednost, što dovodi do ograničenog stvaranjačvrstog rastvora. Ako je razlika u prečnicima atoma manja od 15%, "faktor veličine" je pogodan zaobrazovanje čvrstih rastvora. Na primer, neograničenu rastvorljivost u čvrstom stanju imaju metalisa KPC rešetkom u sistemu: Ag–Au (∆R = 0,2%); Ni–Cu (∆R = 3%); Mo–W (∆R = 9,9%); V–Ti(∆R = 2%). Metali kao što su Na, Pb, K, Ca imaju veći prečnik atoma od γ–Fe, Cu, Ag, i ne moguse rastvarati.Čvrsti rastvori sa umetnutim atomima. Pri obrazovanju čvrstih rastvora sa umetnutimatomima, atomi rastvorene komponente raspoređuju se između čvorova u prazan prostor kristalnerešetke rastvarača dok atomi osnovnog elementa ostaju u čvorovima rešetke. Pri tome atomi seraspoređuju, ne u bilo koji prostor između čvorova rešetke, nego u praznine gde za njih ima najvišeslobodnog prostora. Kao primer uzmimo kubnu površinski centriranu rešetku kod koje je najpogodnijaoktaedarska šupljina koja se nalazi u centru elementarne kristalne rešetke.Čvrsti rastvori sa umetnutim atomima mogu se stvarati samo u slučajevima kada je poluprečnikatoma elementa rastvarača mnogo veći od poluprečnika atoma rastvorenog elementa. Kao primeruzmimo atome ugljenika (0,075 nm), azota (0,071 nm), i vodonika (0,046 nm) koji imaju malipoluprečnik i koji se mogu rastvarati u rešetki metala (gvožđu, molibdenu, hromu) i ostvariti čvrstirastvor sa umetnutim atomima. Čvrsti rastvori sa umetnutim atomima mogu se obrazovati samo saograničenom rastvorljivošću, jer se atomi rastvorenog elementa ugrađuju u međuprostore rešetkeelementa rastvarača.Potrebni uslovi za obrazovanje čvrstih rastvora sa umetnutim atomima su:• atomi rastvorenog elementa moraju imati više od jedne valence,• poluprečnik atoma rastvorenog elementa mora biti manji od 59% od atoma elementa rastvarača.Ako ovi uslovi nisu zadovoljeni, neće uopšte doći do obrazovanja čvrstog rastvora sa umetnutimatomima, ili će biti ograničeno.Važan primer čvrstog rastvora sa umetnutim atomima pojavljuje se kod čelika i livenih gvožđa.Na temperaturi većoj od 912°C γ–gvožđe ima KPC rešetku koja ima relativno veliki prazan prostor– „šupljinu“ u centru rešetke. Kako atom ugljenika ima veoma mali poluprečnik (0,075 nm), on jesposoban da prodre u taj prazan prostor (0,053 nm) i na taj način obrazuje čvrsti rastvor gvožđa iugljenika. Na slici je prikazana šematski deformacija rešetke γ–gvožđa u okolini umetnutog atomaugljenika. Na nižim temperaturama gvožđe menja rešetku u KZC, kod koje je prostor između atomagvožđa mnogo manji (0,036 nm), pa je rastvorljivost ugljenika veoma ograničena. Razlika izmeđupoluprečnika atoma ugljenika (0,075 nm) i poluprečnika atoma γ–gvožđa (0,129 nm) je 42%. Ipak ipored ove razlike, u rešetki γ–gvožđa maksimalno se rastvori 2,11%C na temperaturi 1148°C, a urešetki α–gvožđa rastvoreno je samo 0,025%C na temperaturi od 727°C.Rastvorljivost u čvrstom stanju (u čitavom temperaturskom intervalu stabilnosti čvrstog stanja,mada se uobičajeno posmatra od temperature kristalizacije do sobne temperature) može da budeneograničena, ograničena, i da u potpunosti odsustvuje. Neograničena rastvorljivost u čvrstomstanju znači da se atomi komponenata mešaju na svim temperaturama, od temperature kristalizacijedo sobne temperature, u bilo kom količinskom odnosu. Jedan od uslova koji mora da bude ispunjenda bi se javila neograničena rastvorljivost u čvrstom stanju je da se veličina atoma osnovnog i2