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

More documents

Recommendations

Info

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
legirajaćeg elementa razlikuje najviše do 8%. Ako čvrsti rastvor može da se dobije samo priodređenom količinskom odnosu, onda je rastvorljivost elemenata ograničena, a čvrsti rastvor kojinastaje je sa ograničenom rastvorljivošću. Razlika u veličini atoma osnovnog i legirajućegelementa u slučaju ograničene rastvorljivosti je 8–15%. Stepen rastvorljivosti u slučaju obrazovanjačvrstog rastvora sa ograničenom rastvorljivošću raste sa porastom temperature, jer se povećavarastojanje između atoma. Ukoliko je razlika između atoma osnovnog i legirajućeg elementa veća od15%, legirajući elementi više ne mogu da se rastvaraju u kristalnoj rešetki osnovnog metala na bilokojoj temperaturi čvrstog stanja. Pošto rastvorljivost potpuno odsustvuje u takvim uslovima nemože ni da dođe do obrazovanja čvrstih rastvora. Usvojeno je da se čvrsti rastvori označavajuslovima grčkog alfabeta, npr. α, β, γ, δ. Kriva hlađenja čvrstog rastvora je specifična i razlikuje seod krive hlađenja čistog metala zato što se proces kristalizacije odvija i u temperaturskom i uvremenskom intervalu.Hemijska jedinjenja. Specifičan karakter metalne veze u legurama dovodi do obrazovanjaposebnog oblika hemijskih jedinjenja. Komponente koje učestvuju u obrazovanju hemijskog jedinjenjamogu da budu sve iz grupe metala ili kombinovano metali i metaloidi, ili metali i nemetali.Za razliku od uobičajenih hemijskih jedinjenja koja nastaju hemijskom reakcijom elemenata koji suu tačnom stehiometrijskom odnosu, metalna hemijska jedinjenja mogu da nastanu i kada taj odnosnije zadovoljen, pri promenljivom sastavu, ali obavezno uz obrazovanje kristalne rešetke, sl. 4.7b,koja se najčešće razlikuje od kristalne rešetke pojedinačnih elemenata. Takođe, osobine nastalogjedinjenja se potpuno razlikuju od osobina pojedinačnih komponenata. Kriva hlađenja većinehemijskih jedinjenja je po obliku ista kao i kriva hlađenja čistih metala, što znači da se kristalizacijaodvija na konstantnoj temperaturi, t kr , i u određenom vremenskom intervalu. Neka hemijskajedinjenja su nestabilna na povišenim temperaturama tako da, pre nego što pređu u tečno stanje,dolazi do njihovog razlaganja. U ovakvim slučajevima ne može tačno da se odredi temperaturakristalizacije/topljenja.Mehaničke smeše. Ako se elementi koji ulaze u sastav legure ne rastvaraju u čvrstom stanju, štoznači da ne obrazuju čvrst rastvor, i ne stupaju u hemijsku reakciju praćenu obrazovanjem jedinjenja,onda oni obrazuju mehaničku smešu. Atomi svakog elementa pojedinačno kristališu obrazujućisopstvene kristalne rešetke, sl. 4.7c. Pri obrazovanju mehaničke smeše, kada svaki element kristališesamostalno, osobine nastale legure predstavljaju kombinaciju osobina pojedinačnih elemenata.Mehaničke smeše mogu da se obrazuju ne samo u kombinaciji dva čista elementa, već i između dvačvrsta rastvora sa ograničenom rastvorljivošću u čvrstom stanju ili između čvrstog rastvora saograničenom rastvorljivošću i hemijskog jedinjenja. Mehanička smeša je poznata i pod imenomeutektik. Prisustvo eutektika u sistemu se obično označava slovom E, a u zagradama iza slova Emogu da se upišu faze od kojih je eutektik sastavljen. Kriva hlađenja mehaničke smeše je po oblikuista kao i kriva hlađenja čistog metala.Pri izučavanju procesa koji se javljaju u metalima i legurama pri preobražaju (transformaciji),kao i pri opisivanju njihove strukture koriste se sledeći pojmovi:Sistem, pod kojim se podrazumeva sveukupnost faza koje se nalaze u ravnoteži pri određenimspoljašnjim uslovima (temperaturom i pritiskom). Sistem može da bude prost ako se sastoji iz jednekomponente i složen ako ga čini nekoliko komponenata.Faza, pod kojom se podrazumeva deo sistema, homogen po hemijskom sastavu, osobinama ikristalnoj strukturi, koji je odvojen od ostalih delova sistema graničnom površinom. Faze mogu dabudu metali i nemetali, tečni i čvrsti rastvori, hemijska jedinjenja. Jednofazni sistem je npr.,homogeni rastop, dvofazni – mehanička smeša dve vrste kristala.Komponenta, pod kojom se podrazumevaju materijali koji učestvuju u obrazovanju sistema.Komponente mogu da budu elementi ili stabilna hemijska jedinjenja.3
Page 4 and 5: 4.4. DIJAGRAMI STANJA DVOKOMPONENTN
Page 6 and 7: Na osnovu dijagrama stanja može da
Page 8 and 9: količinom bakra i nikla. Spajanjem
Page 10: Ako se uporede dijagrami stanja na

TEORIJA LEGURA Äisti metali nemaju ... - MASINAC.org

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

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