Практическое металловедение
Эффективность малых количеств примесей
Эффективность примесей в качестве компонентов сплава, как общее правило, тем больше, чем ниже атомный вес примеси. Это объясняется, во-первых, тем, что определенному весовому количеству соответствует большее количество в атомных процентах.

Во-вторых, элементы с низким атомным весом (как неметаллы, так и металлы; литий, бериллий, магний) фактически вызывают весьма сильные изменения свойств многих материалов, даже если содержание их в атомных процентах очень незначительно. Ухудшение обрабатываемости является, кроме того, часто следствием очень малого содержания легкоплавких примесей - свинца, висмута. - которые практически, не образуют твердых растворов с основной массой.

Других общих правил, касающихся влияния примесей, пока не установлено. Принято кроме того классифицировать примеси на газы, прочие неметаллы и металлы. Недостаток такой классификации, прежде всего в том, что нас не столько интересуют свойства данного элемента, сколько форма, в какой он присутствует в сплаве. В этом смысле какой-либо элемент даже в одном и том же веществе может менять свой характер.

Во-вторых, фазы, образованные с неметаллами, могут иметь более металлический характер, чем фазы, состоящие из одних только металлов. Так. чистый карбид вольфрама является, по-видимому, ясно выраженным металлом, тогда как "соединения" между и свинцом очень далеки от того, что мы называем сплавами и растворяются даже в аммиаке. Хотя строгая классификация и не может быть установлена и выдержана, но все же характер и размер влияния примесей сильно зависят от формы, в которой они присутствуют в сплавах.

Принципиально они могут встречаться в следующих формах: в твердом растворе, т. е. без образования самостоятельной составляющей в сплаве; в виде шлаков, т. е. в виде включений неметаллического характера, которое нерастворимо уже в расплаве; в виде кристаллической фазы, образующейся в соответствий с диаграммой состояния. Это подразделение, однако, как уже сказано, произвольно и может при ином рассмотрении уступить место другой классификации.

Металлы и неметаллы: Даже с несомненными неметаллами водородом, фосфором, азотом и углеводом, металлы образуют соединения, очень мало отличающиеся по своим свойствам от металлических соединений и также обладающие блеском и способностью к полировке. Такие соединения также часто оказываются ценными компонентами сплава, которые даже в -больших количествах обладают свойствами металлических сплавов.

Известным примером этого являются тугоплавкие карбиды, в особенности карбиды вольфрама, которые находят применение в качестве сверхтвердых сплавов для изготовления волочильных и режущих инструментов , и фосфористая медь, которая дает хороший припой для твердой пайки. Другие соединения между металлами и неметаллами, как например, все окислы, обнаруживают, напротив, неметаллические свойства. Присутствие их в сплавах обычно нежелательно, так как они ухудшают их свойства.

Для некоторых второстепенных целей, например для облегчения обработки режущими инструментами, они еще могут, правда, оказывать благоприятное влияние. Подобное применение их, когда они являются как бы "составляющими сплава", очень редко. В элементарной твердой форме в металлах встречаются главным образом углерод и кремний. Также и эти ясно выраженные неметаллы могут быть ценными компонентами в сплавах, например кремний в сплавах алюминия. Наконец, в виде неметаллических включений в сплавах могут быть также соли, неметаллический характер которых не подлежит никакому сомнению.

Законы образования соединений между металлами и неметаллами: Законы, определяющие металлический или неметаллический характер важнейших соединений металлов с неметаллами, установлены Хэггом, в результате подробных рентгенографических исследований. Окислы никогда не обладают металлическим характером.

Сильное химическое сродство между металлом и кислородом приводит в этом случае, очевидно, к соединениям ясно выраженного солевого характера. Предполагается, что в солевых кристаллах атомы вследствие обмена электронов становятся электрически заряженными элементарными частицами - ионами. Из гидридов, боридов и карбидов металлическими являются исключительно соединения металлов так называемого переходного типа.

Эти металлы отличаются от прочих металлов особенностями атомной структуры. Если переходить в периодической системе элементов от какого-либо элемента к ближайшему с более высоким порядковым номером, то новый электрон помещается, как правило, на наружной оболочке. Это будет продолжаться до тех пор, пока не образуется "замкнутая (законченная) электронная оболочка" с определенным числом электронов; при переходе к соседнему элементу новый электрон помещается тогда на новой электронной оболочке.

Переходные элементы отличаются, напротив, тем, что у них кроме наружной электронной оболочки незаконченной оказывается еще одна или несколько электронных оболочек, или, как говорят, они "обнаруживают электронный дефект на внутренних уровнях". Элементы азот, углерод, бор и водород являются наряду с кислородом наименьшими по размерам атомами.

Так как они разлагают также многие тугоплавкие окислы, то плавку их лучше всего производить в тиглях из кальцинированной извести: литье производят в холодные графитовые или кварцевые формы. Более редкие металлы в большинстве случаев оказываются хрупкими. Причиной этого являются обычно загрязнения, которые либо образуют очень хрупкие пленки по границам зерен (окислы и, т. д.), либо самые кристаллы в высшей степени чувствительны по отношению к некоторым примесям, особенно таким, которые вносятся и металл газами.

Повышая чистоту этих металлов, удалось, значительную часть их изготовить в ковком состоянии, например марганец, тантал, титан, цирконий, гафний, бериллий, однако лишь в очень небольших количествах. Торий, который можно изготовлять в производственном масштабе только с несколькими процентами окиси, менее чувствителен по отношению к этой примеси.

Очевидно, кристаллическая решетка металлов с электронными дефектами обладает наибольшей способностью к принятию атомов малых размеров. Далее, оказывается, что до тех пор пока атомы металла обладают радиусом большим, чем в 1,7 раза, по сравнению с атомами неметалла, образуются твердые растворы переменного состава, которые охватывают, однако, известные стехиометрические соотношения.

Атомы металла сохраняют при этом ту же или подобную свойственную им простую кристаллическую решетку (частично искаженную), как и в чистом состоянии; атомы же неметалла располагаются в наиболее свободных местах между атомами металла. При меньших атомах металла или больших атомах неметалла возникают, напротив, соединения совершенно определенного состава со сложной кристаллической решеткой, металлические свойства которых менее явно выражены также и в других отношениях.

Важно отметить далее тот факт, что элементы с особенно большими электронными дефектами, которые начинают последовательные ряды переходных элементов в периодической системе, образуют Соединения, устойчивые против высоких температур, а также против химического воздействия. В периодической системе мы имеем четыре ряда переходных элементов. Сюда относятся металлы железной платиновой групп, и далее, т. е. почти все элементы, которые известны в производстве железных сплавов.


Спонсоры публикации:

Практическое металловедение
Газы и металлы
Растворы неметаллов в металлах
Металлические соединения
Партнёр
©2009-2012 - Права защищены
Укажите ссылку на источник при копировании информации