2. Закономерности образования твердых растворов внедрения | Металлолом

Твердые растворы внедрения образуют элементы внедрения с малыми атомными размерами. Значения атомных радиу­сов гх элементов внедрения приведены ниже:

Элемент внедре­ния……….. В С N О H

Гх, нм…………………… 0,091 0,077 0,071 0,063 0,046

Твердые растворы внедрения являются частным случа­ем фаз внедрения (к последним также относятся карбиды, нитриды, бориды, оксиды, гидриды и другие химические соединения переходных металлов с элементами внедрения). Твердые растворы внедрения всегда ограничены, а раство­римость в них зависит от кристаллической структуры ме­талла-растворителя и размеров атома элемента внедрения. Ограниченность твердых растворов внедрения определяет­ся тем, что они сохраняют решетку металла-растворителя, а атомы внедрения в них занимают лишь вакантные меж­доузлия — октаэдрические и тетраэдрические поры в ре­шетке металла-растворителя. Часть пор всегда не запол­нена. Размеры этих пор для о. ц. к., г. ц. к. и г. п. у. реше­ток представлены ниже, а на рис. 14 приведена схема расположения пор в а – и у-железе:

О. ц. К. Г. ц. к. Г. п. у.

Октаэдрические

Поры……………………. 0,154^е 0,4\гМе 0,412гМе

Тетраэдрические

Поры……………………. 0,291л^ 0,22гМе 0,222гш

Примечание, г радиус атомов в узлах решетки металла – растворителя.

Наиболее благоприятными позициями расположения атомов внедрения в твердом растворе будут октаэдриче­ские поры в ос-железе и окта – и тетраэдрические поры в ¦у-железе. Междоузлие обязательно должно быть меньше, чем размер атома внедрения, так как в противном случае прочной связи между атомами металла-растворителя и ато­мами внедрения не будет. Однако размер поры не должен быть и слишком малым, так как внедрение атома вызовет ослабление связей между атомами решетки растворителя, и структура такого твердого раствора будет неустойчивой. Какая из пор является наиболее благоприятной для раз­мещения в ней атома внедрения, будет определяться не только ее размерами, но и количеством соседних атомов,

Рис. 14. Положение октаэдрнческнх (б, г) н тет – раэдрическнх пор в г. ц. к. (а, б) н о. ц.. к. (в, г) решетках

Претерпевших деформацию при образовании твердого рас­твора внедрения. Так, в а-железе растворение углерода и азота происходит в октаэдрических порах, меньших по раз­меру, чем тетраэдрические, так как в первом случае сме­щаются два атома вдоль ребра куба в направлении с ма­лой плотностью упаковки, а во втором —четыре атома в направлении плотной упаковки. Таким образом, энергия деформации о. ц. к. решетки от внедрения атомов углерода или азота в окта-пору будет меньше, чем при внедрении их в тетра-пору.

Растворимость атомов внедрения увеличивается с умень­шением размера атомов, т. е. возрастает в ряду В — С — N — О — Н. Из перечисленных атомов внедрения наиболь­шее значение при рассмотрении легированных сталей име­ют углерод и азот. Данные по их растворимости в а-железе приведены на рис. 15. Как видно, азот, имеющий меньший атомный радиус (0,071 нм), чем углерод (0,077 нм), рас­творяется в а-железе в значительно большем количестве. В «у-железе максимальная растворимость азота также больше, чем углерода (2,8 и 2,0%, соответственно). Зна­чительно большая растворимость углерода и азота в у-же­лезе по сравнению с а-железом связана с тем, что в г. ц. к решетке размер пор больше, а их число меньше, чем в о. ц. к.-решетке, т. е. для а-железа характерна большая

T.’C

100 BPO 500 UOO 300 200 100

К. /л

OtOWU \ ^llej orn /

/

/

/ /

/ *

/ 2,б-10~*°/М 1/1 < ‘

Рыхлость упаковки. Необходи-

723’С н

Scroll to Top