Електронні з’єднання (фази Юм-Розері)

Електронні з'єднання або фази Юм–Розері мають характерні для металевих елементів структури типу ОЦК, ГЦК, ГЩУ. В цих з'єднаннях структура в основному визначається електронною конфігурацією, тобто відношенням числа валентних електронів до числа атомів в елементарній комірці. При утворенні цих з'єднань метали перехідних груп виявляють змінну валентність, яка обумовлюється перекриттям d і s-рівнів.

При відношенні числа валентних електронів до числа атомів в ґратках, яке дорівнює 3/2, інтерметалідні з'єднання утворюють s-фази з ОЦК структурою або зі складними кубічними ґратками, до них відносяться: алюмініди перехідних металів і сплавів на їх основі (Fe-Al, Co-Al, Ni-Al).

Вказані інтерметаліди мають металеві властивості, однак участь d - електронів у міжатомному зв'язку визначає появу ковалентної складової.

Фази Юм–Розері мають високі міцностні характеристики до 900 – 1000°С, високу стійкість проти окислювання та газової корозії й високу термічну стабільність структури. Ці властивості дозволяють використати дані з'єднання в якості жароміцних і жаростійких матеріалів і покриттів.

Сігма-фази

Сігма-фази (s-фази) — фази та споріднені до них з'єднання утворюються перехідними металами і мають тетрагональні або складні ромбоедричні елементарні комірки, структура яких характеризується наявністю щільноупакованих шарів атомів, зміщених по відношенню один до іншого і розташованих на відносно більших відстанях.

Існування s-фаз, як і фаз Юм-Розері, зв'язують з певними значеннями електронної концентрації. Вперше s-фаза типу залізо-хром була виявлена в залізо-хромистих сплавах як крихка складова. Вона має тетрагональну ґратку з елементарною коміркою з 30 атомів, яка аналогічна ґратці урану.

Як для електронних з'єднань, так і для s-фаз, неможливо встановити певний склад, тому існування цих фаз звичайно зв'язують з певними значеннями електронної концентрації. В більшості відомих s-фаз електронна концентрація становить 6.5-7.4 ел/ат., що дозволяє вважати ці фази певною групою електронних з'єднань. Встановлено, що s-фази утворюються елементами при розходженні атомних радіусів R до 8% (в системі Co-Mo до 12%).

В промислових сталях і сплавах зустрічаються s-фази як відносно простого складу (наприклад, в сталях типу Х25 s-фаза типу залізо-хром), так і складнолеговані композиції (наприклад, в складнолегованих сталях, що дисперсійно твердіють, s-фази, що містять Fe, Cr, Mo, Ni). В жароміцних сплавах на нікелевій основі s-фази мають склад (Cr, Mo)_x(Ni, Co)_y, де х та у можуть змінюватися від 1 до 7.

Виділення s-фази відбувається при тривалих витримках в інтервалі температур 500–900°С і є причиною сильного покрихчення сталей і сплавів, що знижує їх пластичність і міцність, а також тривалу міцність.

Кінетика утворення s-фаз, як правило, описується С-образною кривою (рисунок 2.6), положення якої визначається складом сплаву і його передісторією (литий або деформований стан, режим попередньої термічної обробки, напружений стан).

1 – s фаза відсутня; 2 – s-фаза виділяється

Рисунок 2.6 – Ізотермічна діаграма утворення s-фази в жароміцному сплаві на нікелевій основі

Сігма-фаза здійснює шкідливу дію на жароміцні сплави. Через присутність s-фази різко знижується тривала міцність, тому що більша кількість тугоплавких елементів - зміцнювачів виводяться з матриці сплаву. Крім того, руйнування при підвищених температурах відбувається переважно уздовж меж s-фази, які служать джерелами зародження та поширення тріщин, що ведуть до крихкого руйнування.

Крім s-фази, в сталях і сплавах виявлено багато інших подібних складних фаз, існування яких також визначається, в основному, електронною концентрацією, тобто відношенням числа валентних електронів до числа атомів в комірці. До них відносяться: m-, c-, Р- і R-фази. Зазначені фази були виявлені в багатьох складнолегованих сталях і сплавах. Присутність їх в структурі шкідливо позначається на властивостях сплавів, що необхідно враховувати при розробці нових сплавів.

Фази Лавеса

Інтерметалідні з'єднання складу А₂В називають фазами Лавеса. Ці фази мають кубічну або гексагональну структуру. Вони можуть утворюватися компонентами, розташованими в будь-якому місці періодичної таблиці Д.І. Менделєєва.

Основним фактором, що визначає їх утворення, є співвідношення атомних розмірів компонентів. Незважаючи на головну роль розмірного фактору при утворенні фаз Лавеса, важливе значення в їх стабільності грає електронна концентрація, що визначає, яка з можливих структур утвориться, а також які розміри їх областей гомогенності, хоча останні, як правило, незначні.

Найбільш часто в сталях і сплавах утворюються наступні інтерметалідні фази Лавеса: Fe₂Al, Zr₂Al, Fe₂Mo, Co₂Ti, Ni₂Ta, (Fe, Si)₂Al, Fe₂(Ni, Nb) і інші. Їх присутність в сплавах приводить до покрихчення при кімнатній температурі, а при підвищених температурах небезпека покрихчення знижується.

В багатьох теплостійких і жароміцних сплавах вдається використати фази Лавеса для зміцнення без істотного зниження в'язкості і крихкої міцності.

Поиск по сайту: