ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механические свойства металлов и методы их определения Процессы, происходящие при нагружении и деформировании металлов из "Технология металлов и других конструкционных материалов " Специфические свойства металлов и в первую очередь пластичность и обрабатываемость являются следствием особой природы межатомного взаимодействия в металлах. [c.57] Атомы в кристалле металла соединены металлической связью. При этом атомы теряют часть внешних электронов и превращаются в положительно заряженные ионы. Свободные электроны, не связанные с каким-либо конкретным атомом, свободно передвигаются в кристалле с большими скоростями. Относительно свободное передвижение электронов в металле и является причиной высокой тепло- и электропроводности металлов. Взаимодействие между положительно заряженными ионами и свободно перемещающимися отрицательными электронами и является той силой, которая обеспечивает единство кристалла. Большая однородность взаимодействия при таком типе связи делает ее менее чувствительной к дефектам кристаллической решетки, поэтому кристаллы металлов обладают пластическими свойствами. Говоря о прочности материалов, мы имеем в виду не столько прочность идеальных кристаллов, сколько влияние на эту прочность несовершенств кристаллической решетки, имеющих место как внутри самого кристалла, так и между отдельными кристаллами (границы зерен). [c.58] Металлы менее чувствительны к несовершенствам кристаллической решетки, чем неметаллы. В противоположность этому, малейшие нарушения правильности строения у неметаллических кристаллов приводят к значительному ослаблению, потере пластичности и, в конечном счете, к разрушению даже при небольших нагрузках. [c.58] Наличие несовершенств в кристаллическом строении влияет на свойства кристаллических тел и в первую очередь на их прочность. На рис. 23 показан характер из.ме-неиия прочности металлов в зависимости от удельного количества дефектов в кристаллической решетке. [c.60] Образование кристаллической решетки при затвердевании жидкого металла называется процессом кристаллизации. На рнс. 24, а показана кривая охлаждения кристаллического тела, горизонтальный участок на которой соответствует собственно процессу кристаллизации. [c.60] Разветвленные кристаллы, образующиеся на ранней стадии кристаллизации, называются дендритами. [c.62] Площадка на кривой охлаждения при 768° С вызвана изменением магнитных свойств, кристаллическая же форма железа остается неизменной. [c.63] Чистые металлы в качестве конструкционных материалов почти не применяются. Для повышения механических свойств, коррозионной стойкости и получения специальных физических свойств их сплавляют с другими металлами и неметаллами. Свойства полученного сплава будут зависеть от его структуры. [c.63] Механическая смесь образуется при раздельной кристаллизации компонентов. Структура сплава в этом случае будет состоять из кристаллов вещества А и. Б, связь между которыми осуществляется по границам зерен (рис. 27,а). Значения свойств сплава будут средними между свойствами эле.ментов, которые его образуют. [c.64] Твердый раствор образуется в тех случаях, когда каждый кристалл сплава строится атомами обоих веществ. При этом строит кристаллическую решетку только один из компонентов, а другой компонент размещается в этой решетке в атомарном виде. В зависимости от характера размещения различают твердые растворы замещения и внедрения. При образовании твердого раствора замещения атомы одного из компонентов, например Б, частично замещают атомы компонента А в узлах его кристаллической решетки. Твердый раствор внедрения образуется, когда атомы одного из компонентов размещаются в междоузлиях кристаллической решетки другого (рис. 27,6). Твердые растворы замещения могут образоваться при совместной кристаллизации металлов, а твердые растворы внедрения при совместной кристаллизации металла с неметаллом, например железа с углеродом. Твердые растворы принято обозначать буквами греческого алфавита а, Э, у и т, п. [c.64] например, твердый раствор на основе кристалличе ской решетки вещества А может быть обозначен через А (В) или а. Структура такого сплава состоит из одинаковых кристаллов твердого раствора и под микроскопом выглядит так же, как и структура чистого металла или химического соединения (рис. 27, в). Значения свойств сплава — твердого раствора могут быть и выше и ниже свойств исходных компонентов. [c.65] Химическое соединение образуется в тех случаях, когда кристаллизующиеся компоненты взаимно химически активны. Здесь каждый возникающий кристалл сплава будет строиться совместно атомами вещества А и Б в пропорции, определяемой формулой соединения. Кристаллическая решетка химического соединения будет новой, непохожей на кристаллическую решетку исходных компонентов. По свойствам такой сплав сильно отличается от свойств образующих его компонентов (рис. 27, е). [c.65] Строение сплава определяет его свойства, поэтому важно знать, как это строение будет меняться при изменении температуры и состава сплава. Зависимость между строением сплава, его составом и температурой описывается при помощи диаграмм состояния. [c.65] Диаграммы состояния строятся экспериментально по критическим точкам, полученным на кривых охлаждения сплавов данной системы. Поскольку критические точки при этом стремятся получить при очень медленном нагреве пли охлаждении сплава, т. е. для равновесного состояния, диаграммы состояния также называются еще и диаграммами равновесия. [c.65] По диаграмме состояния можно для конкретного сплава определить температуры кристаллизации и превращений в твердом состоянии и структуру при заданной температуре, что позволяет примерно оценить механические, физические и химические свойства сплава и правильно назначать режимы термической обработки, обработки давлением, сварки и т.п. [c.65] Диаграммы состояний многих технических сплавов имеют сложный вид, но в большинстве случаев они могут быть сведены к нескольким простейшим диаграммам. [c.65] Диаграмма состояния для случая кристаллизации механической смеси чистых компонентов. Построение такой диаграммы показано на рис. 28. [c.65] Компонентами А и В, составляющими рассматриваемый сплав, могут служить как чистые элементы, так и химические соединения. Кривые охлаждения компонентов и сплавов разных составов изображены на рис. 28 слева и справа от диаграммы. В отличие от чистых компонентов все сплавы за небольшим исключением кристаллизуются в интервале температур (кривые 2 и 4). [c.66] Причем вначале кристаллизуется только один из компонентов, так как совместная кристаллизация компонентов в случае образования механической смеси возможна только при строго определенной их концентрации в расплаве. Допустим, что в рассматриваемом случае такой особой концентрацией является 20% компонента В (кривая 3). При такой концентрации совместная кристилли-зация протекает при постоянной температуре аналогично кристаллизации чистого компонента. [c.66] Таким образом, процесс кристаллизации любого сплава данной системы окончится одновременным образованием кристаллов вещества А ъ В. При совместной кристаллизации вещество А, составляющее в кристаллизующейся жидкой фазе 80%, будет располагаться вокруг центров кристаллизации вещества В и замедлять их рост, тормозя диффузию вещества В к центрам кристаллизации. В результате образуется дисперсная смесь мельчайших дендритов вещества В и кристаллов вещества А, в толще которого они залегают. Такие смеси называются эвтектиками, представляющими собой сплавы, образовавшиеся в результате одновременной кристаллизации различных компонентов при постоянной температуре. Эвтектики имеют постоянный химический состав и наинизшую температуру кристаллизации для данной системы сплавов. Кривая кристаллизации эвтектического сплава будет выглядеть так же, как и кривая кристаллизации чистого компонента (сравни кривые / и 5 на рис. 28). [c.67] Вернуться к основной статье