ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллизация металлов и сплавов из "Технология металлов " Все металлы и сплавы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. [c.7] В расплавленном металле при высоких температурах атомы находятся в неупорядоченном движении. При переходе металла в твердое состояние они ориентируются определенным образом в пространстве, образуя так называемую кристаллическую решетку. Атомы в кристаллической решетке находятся в состоянии равновесия и совершают колебания вокруг определенной точки — узла кристаллической решетки. Строение решетки и расположение в ней атомов зависят от состава металла. [c.7] Наиболее распространенными типами кристаллической решетки являются кубическая объемноцентрированная (рис. 1, а), кубическая гранецентрированная (рис. 1, б) и гексагональная плотно упакованная решетка (рис. 1, в). Расстояние между узлами в кристаллической решетке называется параметром решетки и измеряется в ангстремах А (10 см). С повышением температуры параметр решетки увеличивается. [c.7] Некоторые металлы, например железо, имеют в твердом состоянии различное строение кристаллической решетки в различных температурных интервалах. Изменения строения кристаллической,решетки всегда приводят к изменениям физико-химических свойств металла. Процесс перестройки одного вида пространственной решетки в другую происходит при определенных (критических) температурах и называется аллотропическим превращением. [c.8] В центре куба (элементарной ячейки) такой решетки легко размещаются небольшие атомы таких элементов, как углерод, азот поэтому их растворимость в у-железе сравнительно высока. [c.8] Химические элементы в твердом сплаве могут образовывать механическую смесь кристаллов исходных компонентов, могут находиться в виде соединений друг с другом и, наконец, могут образовывать так называемые твердые растворы. [c.9] Соединения содержат исходные элементы в определенном атомарном отношении, чаще всего не соответствующем правилу валентностей (например, РезС). В сплавах соединения образуют свою кристаллическую решетку, отличную от кристаллических решеток исходных компонентов. В отличие от соединений, твер дые растворы могут иметь произвольное (в определенных интервалах) содержание компонентов. Твердый раствор представляет собой однородное твердое тело, и входящие в его состав компоненты не различимы под микроскопом даже при самых больших доступных увеличениях. [c.9] Различают два основных вида твердых растворов твердые растворы замещения (рис. 1, г) и твердые растворы внедрения (рис. 1, б). В твердых растворах замещения атомы растворенного компонента замещают в решетке атомы растворителя. В твердых растворах внедрения атомы растворенного элемента размещаются между атомами растворителя. [c.9] Сплавы часто состоят из механической смеси исходных компонентов (в случае их взаимной нерастворимости) или твердых растворов и соединений. В этом случае в зависимости от количества присутствующих фаз (т. е. типов кристаллов) сплавы делят на двухфазные, трехфазные и т. д. Количество фаз, образующих смесь, определяется обычно под микроскопом. [c.9] Свойства сплава зависят не только от его хи.мического состава, но также и от строения кристаллов, сложившихся в процессе кристаллизации и последующего охлаждения сплава. При одинаковом среднем химическом составе сплава кристаллы могут иметь различный состав, а также могут различаться по размерам, форме, взаимной ориентировке. Наблюдаемое кристаллическое строение металла и сплава называется его структурой. Структура, наблюдаемая невооруженным глазом, называется макроструктурой. Микроструктура изучается под микроскопом на полированных и протравленных образцах (микрошлифах) при увеличениях в 100—500 и более раз (до 100000). [c.9] В процессе кристаллизации при свободном развитии кристаллы приобретают древовидную, или так называемую дендритную форму. Так как этот процесс возникает одновременно из многих центров кристаллизации, то естественно, что на определенной стадии развития соседние дендри-ты ограничивают рост друг друга, и в результате образуются зерна с неправильными внешними очертаниями. Следовательно, зерно является кшплексом одинаково ориентированных кристаллических решеток, а поликристалл — комплексом различно ориентированных кристаллов зерен). Чем больше скорость охлаждения, а следовательно, скорость кристаллизации, тем более мелкозернистым будет металл. Мелкозернистый металл отличается обычно более высокой пластичностью, вязкостью и прочностью. [c.10] Отметим некоторые практические замечания по схеме образования зернистой структуры. Переход от жидкого состояния в твердое сопровождается уменьшением удельного объема металла, что вызывает явление усадки. Процесс кристаллизации заканчивается в пограничной зоне между отдельными кристаллами, и, естественно, в этом пространстве должны образовываться микроскопические пустоты вследствие усадки. Кроме того, всякий технически чистый металл всегда содержит некоторое количество примесей, плохо растворяюшихся в жидком металле. При кристаллизации примеси, имеющие более низкую температуру плавления, располагаются в основном по границам зерен. Таким образом, по границам зерен кристаллов располагаются микропустоты и включения (сульфиды, фосфиды и пр.), которые уменьшают механические свойства сплава. [c.10] Вернуться к основной статье