5.5. Строение и классификация сплавов

Металлический сплав получают сплавлением двух или более металлов; сплавлением преимущетсенно металлов с неметаллами; спеканием порошков нескольких металлов. Существуют и другие методы получения сплавов.

Металлический сплав – макроскопически однородное вещество, состоящее из двух и более элементов и обла-дающее металлическими свойствами. Элементы, входящие в состав сплава, называются компонентами.

Компонент, преобладающий в сплаве количественно, назывется основным. Совокупность компонентов сплава на-зывается системой. Сплавы классифицируют:

• по числу компонентов - на двойные (бинарные), тройные, четырехкомпонентные и многокомпонентные;

• по основному элементу – железные, алюминиевые, магние-вые, титановые, медные и др;

• по применению – конструкционные, инструментальные, жаропрочные, антифрикционные, пружинные и т.д;

• по плотности – тяжелые (на основе Мо, Cu, Pb и др.) и легкие (алюминиевые, магниевые, берилиевые и др.);

• по температуре плавления – тугоплавкие (на основе Be, Mn, Fe (1539º С), Co, Ni, Cu и др.) и легкоплавкие (на основе Mg, Al, Zn, Sn и др.);

• по технологии изготовления полуфабрикатов и изделий – литейные, деформируемые, спеченные, гранулированные, композиционные и т.д.

В зависимости от природы компонентов и от их массо-вых количеств сплавы после затвердевания могут образовы-вать механические смеси, твердые растворы и химические соединения.

Механическая смесь состоит из кристаллов всех компонентов, которые одновременно выпадают при кристал-лизации. Каждый компонент сохраняет свою кристаллическую решетку. Свойства механической смеси промежуточные между свойствами образовавших ее компонентов.

Твердый раствор. У твердых растворов, как и у жид-ких, имеются растворитель и растворенное вещество. Раство-рителем является компонент, который находится в боль-шинстве, а атомы растворенного вещества распределяются в кристаллической решетке первого.

Существуют твердые растворы внедрения и замещения:

1) твердые растворы внедрения (рис. 5.9, а) – атомы растворенного вещества располагаются в кристаллической ре-шетке растворителя между его атомами;

2) твердые растворы замещения (рис. 5.9, б) – атомы растворенного вещества частично замещают атомы в кри-сталлической растворителя.

а) б)

Рис. 5.9. Схема механизма образования

твердых растворов: а – внедрения; б – замещения

П ри образовании твердых растворов кристаллическая ре-шетка растворителя сохраняется, но изменяются ее параметры.

Свойства твердых растворов несколько отличаются от свойств растворителя, так как его кристаллическая решетка является искаженной и в ней возникают напряжения в связи с разностью в размерах атомов растворителя и растворенного вещества.

Химическое соединнение. Образуется между компонен-тами, имеющими большое различие в электронном строение атомов и кристаллических решеток. Химическое соединение имеет кристаллическую решетку, отличную от кристалли-ческих решеток исходных компонентов.

Свойства химических соединений резко отличаются от свойств их компонентов.

В авиастроении широко применяются металлические материалы – высокопрочные стали, жаропрочные и жаро-стойкие никелевые сплавы, алюминиевые, титановые и магни-евые сплавы. В последние годы значительно увеличился про-цент применения композиционных материалов для изготов-ления различных конструктивных элементов и агрегатов самолетов. Прежде всего это обусловлено весовыми требованиями.