ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Полиморфизм железа и титана и секрет сплавов из "Композиты " Расторопный ковач, изготовив топор иль секиру,— в воду металл, на огне раскаливши его, чтоб двойную крепость имел,— погружает, и звонко шипит он в холодной влаге... [c.36] Еще 200 лет назад считали, что сталь — иаиболее чистая форма железа. По мнению мастеров, ковка и пламя горна очищали железо от примесей. Однако тогда никто не представлял себе значения термообработки. Стальные клинКи, термообработка которых случайно оказалась идеальной, прославились на весь мир. Изучение стали дамасских клинков показало, что она весьма неоднородна, а в старинных японских мечах благодаря специальной термообработке режущие кромки обладают высокой твердостью, в то время как остальная часть отличается вязкостью. [c.36] При высоких температурах в железе может раствориться до 2 процентов углерода. В этом случае сплав называют сталью. Закалка фиксирует промежуточное кристаллическое состояние сплава при комнатной и высокой температуре. Последующая термообработка нужна для использования различной способности у- и а-железа растворять углерод и легирующие элементы для получения углеродистых и легированных сталей. Твердый раствор углерода в у-железе назван аустенитом. Избыточный углерод (сверх 2 процентов) не растворяется в железе. Соединяясь с железом, он образует карбид железа РезС, или цементит. Чугун представляет собой сплав из зерен аустенита и цементита. С увеличением содержания углерода в сплаве возрастает количество цементита. Сталь делается тверже. [c.37] Более вязкая и пластичная сталь получается тогда, когда в ней содержится много феррита, или чистого железа. При медленном охлаждении, когда углерода в сплаве 0,8 цроцента, из аустенита одновременно выделяются феррит и цементит. После шлифовки и травления поверхность сплава начинает отливать цветами радуги, становится похожей на перламутр. Сплав такой структуры называется перлитом. [c.37] Сталь наилучшей структуры, именуется мартенситом. Она представляет собой перенасыщенный раствор углерода в а-железе. При быстром охлаждении и закалке стали с 0,8 процента углерода происходит перекристаллизация. Оставшиеся атомы углерода мешают перестройке, в результате чего решетка у-железа искажается. Свойства сталей зависят от режима образования структуры мартенсита и последующего его распада при отпуске, т. е. при нагреве, когда процесс диффузии позволяет атомам перегруппироваться и образовать (более постоянную, устойчивую структуру с оптимальными твердостью и пластичностью. [c.38] Чтобы добиться мелкозернистой структуры стали, зачастую пользуются многократными циклами фазового перехода, несколько раз нагревая и охлаждая заготовку. Измельчение зерен позволяет повысить предел текучести мартенситных сталей на 35 кг/мм и предел прочности на 21 кг/мм . [c.38] При 885° кристаллическая решетка титана из плотноупакованной гексагональной становится кубической объемно-центрированной. Плотноупакованная фаза титана является низкотемпературной, тогда как в железе она высокотемпературная. Ведь структура железа при 910° меняется — из кубической объемно-центрированной превращается в кубическую гране-центрированную. Полиморфное превращение позволяет производить термическую обработку сплавов титана аналогично сплавам легированных сталей. [c.38] Алюминий и олово — единственные практически важные элементы, характеризующиеся большой степенью растворимости в низкотемпературной фазе а-титана. Почти все промышленные сплавы из-за медленного охлаждения после ковки и прокатки приобретают смешанную альфа-, бета-структуру. [c.39] Не менее 30 металлов (олово, уран, кобальт, лантан, бериллий и др.) обладают температурным полиморфизмом (способностью кристаллизоваться в разных формах при одном и том же химическом составе), поэтому их зачастую используют для создания высокопрочных сплавов. [c.39] Взять белое и серое олово. Первое довольно устойчиво, второе легко разрушается. Переход р-формы в а-форму сопровождается увеличением объема на 26 процентов. Это явление названо оловянной чумой . Переохлаждение до температуры не ниже 13° белое олово переносит безболезненно. Но вот ртутный столбик доходит до —20, —25, —30°. Начинается процесс перестройки решетки. Белое олово становится серым. Особенно интенсивно переход р-формы в а-форму идет при —38°. Незнание этого погубило экспедицию Р.- Скотта на Южный полюс в 1912 году, так как топливо, находившееся в сосудах, паянных оловом, вылилось из них. [c.39] Полиморфизм некоторых металлов (сурьмы, кадмия, ртути, лития, цезия, галлия, цинка) проявляется под влиянием давления. [c.39] Дисперсионно-твердеющие черные и цветные сплавы обнаруживают значительный эффект упрочнения, обусловленный присутствием тонкодисперги-рованной фазы. [c.40] Зачастую в технических сплавах как бы смешаны химические дисперсные соединения и твердые растворы. Кристаллическая решетка у них общая. Усложнение химического состава твердого раствора, создание дисперсных включений с помощью присадок вольфрама, никеля, титана, молибдена, ниобия, тантала способствует улучшению механических свойств сплавов. [c.40] Кузнецы эпохи Гомера, знавшие о закалке железа, из-за трудностей его обработки изготовляли щиты, копья и мечи из бронзы. Способы упрочнения металлов известны людям с давних пор. Взять хотя бы наклеп, которым пользуются уже 3 тысячи лет. Давно известно, что закалка с высокой температурой нагрева чистых металлов, не имеющих полиморфных превращений, может улучшить их предел текучести. Это объясняется увеличением числа вакантных мест, которые действуют подобно легирующим элементам, создавая локальные искажения решетки. Однако исследования закалки на металлических фольгах под электронным микроскопом показали, что механизм упрочнения намного сложнее. [c.41] Зарождение правильных представлений о сущности способов упрочнения металлов связывают обычно с появлением теории дислокаций. [c.41] Вернуться к основной статье