5 заданий, вариант 3. Опишите виды твердых растворов. 
Приведите примеры. 
Дайте определение твердости. 
Какими методами измеряют твердость металлов и сплаво

1. Опишите виды твердых растворов. Приведите примеры.

В жидком состоянии большинство металлических сплавов, применяемых в технике, представляет собой однородные жидкости, т. е. жидкие растворы. При переходе в твердое состояние, во многих таких сплавах однородность сохраняется, следовательно, сохраняется и растворимость. Твердая фаза, образующаяся в результате кристаллизации такого сплава, называется твердым раствором.

Твердыми растворами являются многие металлические сплавы и неметаллические системы — минералы, стекла, полупроводники, ферриты.

Строение твердых растворов на основе одного из компонентов сплава таково, что в решетку основного металла-растворителя входят атомы растворенного вещества. Здесь возможны два случая:

1. Твердые растворы замещения. Металл, А имеет, например, решетку, изображенную на рис. 1.а. Растворение компонента В в металле, А происходит путем частичного замещения атомов, А атомами В в решетке основного металла (рис. 1.б).

2. Твердые растворы внедрения. Атомы растворенного вещества С располагаются между атомами А, как это схематически показано на рис. 1.в.

Классический пример — растворы неметаллов H, N, С, О в металлах.

Рис. 1. Кристаллическая решетка о.ц.к.:

а — чистый металл; б — твердый раствор замещения; в — твердый раствор внедрения При образовании растворов внедрения и замещения атомы растворенного компонента распределяются в решетке растворителя беспорядочно.

При образовании твердого раствора сохраняется решетка одного из элементов и этот элемент называется растворителем. Атомы растворенного вещества искажают и изменяют средние размеры элементарной ячейки растворителя.

При образовании твердых растворов замещения периоды решетки изменяются в зависимости от разности атомных диаметров растворенного элемента и растворителя. Если атом растворенного элемента больше атома растворителя, то элементарная ячейка решетки увеличивается, если меньше, то сокращается. В первом приближении это изменение пропорционально концентрации растворенного компонента, выраженной в атомных процентах; однако отклонения от линейной зависимости бывают иногда довольно значительными.

Изменение параметров решетки при образовании твердых растворов — весьма важный момент, определяющий изменение свойств. В общем независимо от вида металла относительное упрочнение при образовании твердого раствора пропорционально относительному изменению параметров решетки, причем уменьшение параметра решетки ведет к большему упрочнению, чем ее расширение.

Твердые растворы замещения могут быть ограниченные и неограниченные. При неограниченной растворимости любое количество атомов, А может быть заменено атомами В. Следовательно, если увеличивается концентрация атомов В, то все больше и больше атомов В будет находиться в узлах решетки вместо атомов, А до тех пор, пока все атомы, А не будут заменены атомами В и, таким образом, как бы плавно совершится переход от металла, А к металлу В. Это, конечно, возможно при условии, если оба металла имеют одинаковую кристаллическую структуру, т. е. оба компонента являются изоморфными.