KURZUS: Anyagismeret

MODUL: Fémek és ötvözetek egyensúlya

11. lecke: Az ötvözet fogalma, fajtái

|  | Ötvözet fogalma, alapfém, ötvöző, szennyező fogalma Az ötvözetek lehetséges fázisai Szilárd oldat, fajtái, példák A korlátlan oldódás feltételei, példák Fémvegyület fogalma, fajtái, jellemzői
|  | A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti:
|  | definiálni az ötvözet, ötvöző, kísérő, szennyező, alapfém, színfém, szilád oldat, vegyület, fémvegyület, oldódás, olvadék, dermedés, korlátlan-, korlátozott oldódás fogalmakat meghatározni a korlátlan oldódás feltételeit meghatározni a fémvegyület jellemzőit
|  | Az ötvözet fogalma
A legalább látszatra egynemű jelző kizárja az egymást olvadt állapotban sem oldó elemeket (pl. vas és ólom). A fémes természet, pedig a jó vezető képességet, a fémes fényt stb. jelenti. |  | a színfémek nagy számuk és különbféle tulajdonságaik ellenére sem tudják kielégíteni az ipar igényeit, mivel előállításuk költséges, és szilárdságuk kicsi. A színfémek tulajdonságait legegyszerűbben ötvözéssel változtathatjuk meg. ötvözet= olyan, legalább látszatra egynemű, fémes természetű elegy, amelyet két vagy több fém összeolvasztása, vagy egymásban való oldása utján nyerünk.
Pl. vas, réz, alumínium stb. |  | Alapfémnek általában az ötvözetben legnagyobb mennyiségben előforduló elemet tekintjük.
Ötvöző Pl. a vasalapú ötvözetekben a szén, vagy a króm, nikkel, az alumíniumban a szilícium stb. |  | Ötvöző. Az ötvözetbe a tulajdonságok megváltoztatása érdekében szándékosan bevitt elemek, vagy az újrahasznosítás során az ötvözetben maradt elem, amelynek a mennyisége egy előírt értéknél nagyobb. Megjegyzés: az előírt érték függ az elemtől, az anyagminőségekre vonatkozó szabványok rögzítik.
Szennyező Pl. az acélokban a réz mennyisége nem csökkenthető, csak kis réztartalmú alapanyaggal összekeverve "hígítva" lehet a káros hatását csökkenteni. A kén vagy foszfor, mennyisége csökkenthető, de minél kisebb mennyiséget akarunk elérni az acél annál drágább. |  | Szennyező. A szennyező elemek vagy nem, vagy csak túl drágán eltávolítható elemeket jelentenek, melyek az ötvözet tulajdonságait kedvezőtlenül befolyásolják.
|  | Az ötvözetek szerkezete, fázisai
|  | Az ötvözet előállításakor a folyékony alapfémben az olvadt ötvözőfém atomjaira bomlik és így keveredik az alapfém atomjaival. Az oldat teljes megdermedésekor létrejövő szerkezet jellemző az ötvözetre, és abban háromféle szilárd halmazállapotú fázis fordulhat elő. Ezek:
|  | színfém, szilárd oldat vegyület
|  | Ezek a kristályos fázisok előfordulhatnak önállóan, mint egy fázisú szövetelemek, de alkothatnak egymással kétfázisú heterogén szövetelemeket is (eutektikum, eutektoid).
|  | Szilárd oldat
|  | A szilárd oldat olyan oldat jellegű fázis, melynek alkotói közösen építik fel a rácsszerkezetet. A szilárd oldat rácsszerkezete mindig megegyezik az oldó fém rácsszerkezetével.
|  | Az ötvözőfém atomjai az oldó fém rácsába kétféleképpen illeszkedhetnek be.
|  | szubsztitúciós az alapfém atomját helyettesíti intersztíciós az alapfém atomjai közé beékelődik
1. ábra. Szilárd oldat szerkezete
a) helyettesítéses vagy szubsztitúciós
repeat unit = elemi cella Beékelődéses szilárd oldatot csak a kisméretű elemekkel jöhet létre. Ilyenek a H, a C a N, az O és a B. |  |
b) beékelődéses vagy intersztíciós
|  | Az ábrán a sötét színű körök jelentik az alapfém atomokat, itt a Cu, réz (copper), a fehér körök pedig az ötvözőt. Az a. ábrán látható, hogy a Zn, zink (zinc) atomok a rácspontokon helyezkednek el. A b ábra a kisméretű fehér színű beékelődő atomot mutatja.(interstitial = intersztíciós azaz beékelődő)
|  | Az oldódás lehet:
|  | Korlátlan, ha: (csak szubsztitúciós) azonos a rácsszerkezet atomátmérőben ± 14-15%-nál nem nagyobb az eltérés azonos a vegyérték
2. ábra. A korlátlan oldódás ábrázolása
|  | Figyelje meg, hogy az egyenes egyik végpontjában az A fém 100% a B 0%, míg a másik végpontban az A 0%, a B pedig 100%. Az egyenes az összes lehetséges összetételt mutatja. Korlátlan oldódás esetén az egyenes minden pontja értelmezve van.
Pl. a Fe és a C, Al és a Si stb. |  | Korlátozott
3. ábra. A korlátozott oldódás ábrázolása
|  | Az ábrán pirossal jelöltük meg azt a koncentráció tartományt, amelyben van oldódás. A szilárd oldat megállapodás szerinti jelölése általában az oldó fémnek megfelelő görög betű pl. A fémben oldott B jele α .
|  | Azok a fémek, amelyek nem elégítik ki a korlátlan oldódás valamennyi feltételét, csak bizonyos koncentrációig oldják egymást. Szintén csak korlátozott lehet a beékelődéses szilárd oldat is.
|  | Fémvegyület
|  | Fémtermészetű elemek a nemfémes vagy az átmeneti metalloid elemekkel, az elektrokémiai sorban távol álló elemek egymással, a nagyon különböző olvadáspontú fémek egymással gyakran alkotnak vegyület jellegű fázisokat.
|  | Fémvegyületnek, vagy intermetallikus fázisnak olyan két vagy többalkotós kristályos fázist nevezünk, melynek alkotói közös kristályrácsba illeszkednek be, de ez a rácsszerkezet független az alkotók rácsszerkezetétől. A vegyület fáziskoncentrációjának határai mindig a két vagy többalkotós rendszer belsejébe esik. Összetétele legtöbbször állandó, mint a kémiai vegyületeké, és egy pont pl. AmBn jelzi.
|  | A fémvegyületek általában kemények, ridegek.
|  | Fajtái:
|  | Ionvegyületek pl. NaCl, CaF2, ZnS elektronvegyület pl. CuZn, Cu5Zn8, CuZn3 vagy AgZn, Cu5Si intersztíciós vegyület pl. A4B, A2B, AB vagy AB2 lehet vagy ilyen pl. a Fe3C, Mn7C3
|  | Az ötvözet alkotói nem oldják egymást
|  | Ha az ötvözet alkotói nem oldják egymást szilárd állapotban az ötvözetrendszerben megjelenik az eutektikum
|  | Megjegyzés: az eutektikum magyarázatát a 13. leckében találja meg!

|  | Ellenőrző kérdések
| Jelölje be az egy helyes megoldást!
| 1. Milyen feltételek mellett jöhet létre két fém között korlátlan oldódás, és milyen szövetelem képződik?
| ha a rácsszerkezet, a vegyérték azonos, és az atomátmérő nem tér el ± 15%-nál jobban interszticiós szilárd oldat
| ha a rácsszerkezet, a vegyérték azonos, és az atomátmérő nem tér el ± 15%-nál jobban szubsztitúciós szilárd oldat
| ha a vegyérték, az atomátmérő azonos, az elektrokémiai sorban közel vannak vegyület
| ha a vegyérték azonos és az atomátmérők nem térnek el egymástól ± 15%-nál jobban szubsztitúciós szilárd oldat,
| 2. Mi jellemzi a fémvegyületeket?
| rácsszerkezetük az alapfém rácsával megegyezik, kemények. olvadáspontjuk magasabb, mint az alkotóké
| rácsszerkezetük mindkét alkotóétól különböző, olvadáspontjuk alacsonyabb, mint az alkotóké
| rácsszerkezetük mindkét alkotóétól különbözik, olvadáspontjuk magas, kemények.
| rácsszerkezetük az alapfém rácsával megegyezik, összetételük meghatározott. olvadáspontjuk alacsonyabb, mint az alkotóké
| 3. A és B azonos rácsszerkezetű, azonos vegyértékű fémek. A két atom átmérője 10%-al tér el egymástól. Milyen szilárd fázis jelenik meg a két fém ötvözetében?
| intersztíciós vegyület
| intersztíciós szilárd oldat
| szubsztitúciós szilárd oldat
| vegyület
| 4. Vizsgálja meg az alábbi állítások helyességét!
Alapfémnek az ötvözetben legkisebb mennyiségben előforduló elemet tekintjük |
A szennyező elemek nem vagy csak igen drágán távolíthatók el az ötvözetből |
Az acélok kén és foszfortartalma kohászati módszerekkel nem csökkenthető |
Az ötvöző elemeknek mennyiségüktől függetlenül azokat tekintjük, amelyeket szándékosan vittünk be az ötvözetbe |
A szilárd oldat rácsszerkezete mindig megegyezik az oldó fém rácsával |