У чому різниця елементного і фазового складів сплаву

Поняття фазового і хімічного складу іноді плутають.

Люди, не знайомі з металознавства, вважають, що для отримання будь-якої металевої деталі досить знати хімічний склад. Відомі випадки, коли виготовляли відповідальні деталі тільки по хімскладу, і вони швидко виходили з ладу. Причина в тому, що елементи в сплаві не просто змішані між собою. При створенні і обробці сплаву хімічні елементи повинні сформувати певну структуру, яка і визначає властивості сплаву. Ця структура складається з фаз.
Нагадаємо. Фаза - це однорідна частина сплаву, що має однаковий склад, властивості, кристалічну будову, кордон розділу, при переході через яку властивості змінюються стрибком.
Можна сказати що:
Елементний (хімічний) склад - це перелік елементів, з яких сплав складається.
Фазовий склад - це перелік фаз, які є в даному сплаві. Фази складаються з елементів, що входять в елементний склад сплаву. Елементи розподілені по фазах нерівномірно.
На підставі знання хімічного складу і використовуючи діаграму стану відповідного сплаву можна визначити, які фази можуть бути в сплаві даного складу.
Структури (і матеріали) бувають однофазні та багатофазні. Однофазні матеріали - це чисті метали, хімічні сполуки, тверді розчини.
Якщо розглядати чистий метал, то ясно, що його елементний склад збігається з фазовим. Елемент один і фаза одна. Наприклад, на малюнку 1, а показана структура литого вісмуту - чистого речовини. Структура дендритная. Або феррит (рис.1, б), що має зерен структуру; це приклад твердого розчину.

Малюнок 1. Структура вісмуту (а) і фериту (б).

Як правило, сплави складаються з кількох фаз. Наприклад, сірий чавун з феритної матрицею (рис. 2, а); фази дві - ферит і графіт. Або киснева мідь (рис.2, б); 2 фази - мідь і закис міді Cu2 O (Купрій).

Половинчастий чавун теж має склад залізо + вуглець, але фаз в ньому три: графіт, цементит (вільне володіння і в складі перліту), ферит (рис.5).

Малюнок 5. Структура половинчастого чавуну.

Малюнок 6. Структура силуминов: а - АК21, б - АК12

Прикладом сплаву з однаковим фазовим складом і однаковим хімічним є евтектоїдна сталь (рис.7). Як відомо, при 0,8% вуглецю в стали можливе існування тільки однієї структури - перліту. Залежно від режиму термічної обробки він може бути пластинчастим або зернистим, тобто мати форми, абсолютно різні морфологічно.

Малюнок 7. Зернистий перліт (а) і пластинчастий перліт (б).

Малюнок 8. Панорама зміни структури в зоні плазмового різання; вуглецева сталь.

Чудовою ілюстрацією однакового фазового складу при різному хімічному може служити діаграма стану залізо-вуглець (як, втім, і діаграми інших систем). Для кожної фазової області набір фаз постійний (тому і називається фазовою областю), а їх склад і кількість залежить від кількості вуглецю (рис.8). Наприклад, область існування фериту і цементиту: зі збільшенням кількості вуглецю змінюється кількість фаз, але не їх склад. В області існування аустеніту фаза одна - аустеніт, але при збільшенні концентрації вуглецю змінюється його склад.

Рис.8. Фазові області діаграми стану залізо-вуглець.