ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Атомно-кристаллическое строение металлов из "Техника антикоррозионной защиты оборудования и сооружений " Объемноцентрированная кубическая (ОЦК) К, Ма, Ы, Fe Tip, Мо. W, U, Сг и др. [c.22] Гранецентрированная кубическая (ГЦК) Аи, Ag, Pt, Pd, Са , Ni. Fe,, Си и др. [c.22] Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) Ti а- Mg, d, Ru, Zn, Be, a и др. [c.22] Характерной особенностью кристаллов вообще и металлов в частности является анизотропия (векториальность) свойств. Анизотропией назьшается зависимость физических, химических и. механических свойств от направления осей монокристалла и приложения силы. Кристалл-тело анизотропное в отличие от изотропных аморфных тел (стекло, пласт.массы, резина и др.), свойства которых не зависят от направления действия силы. Причиной анизотропии является неодинаковая плотность атомов в различных направлениях. Так как металлы и сплавы на их основе являются поликристаллитами, то состоят из большого числа беспорядочно ориентированных анизотропных кристаллов. В большинстве реальных случаев кристаллы по отношению друг к другу ориентированы различно, поэтому во всех направлениях свойства металлов более или менее одинаковы, т.е. поликристаллическое тело является изотропным. [c.23] Одной из особенностей кристаллических тел является их способность зарождаться и расти из жидкой фазы под действием охлаждения или постоянного электрического тока . При кристаллизации могут возникнуть кристаллические образования различных видов. Полногранный кристалл (полиэдр) представляет собой кристаллическое образование правильной формы. Кристаллы неправильной формы называются кристаллитами. Кристаллит может иметь округлые очертания, и тогда он называется зерном, кристаллиты причудливых очертаний ветвистого строения называются дендритами. [c.23] Если рассмотреть процесс кристаллизации чистого металла при очень медленном охлаждении, то образование металлического слитка в условиях, близких к идеальным, протекает в четыре основных стадии, как показано на рис. 2.5. [c.24] Стадия 1. При достижении определенной величины переохлаждения, в объеме жидкого металла самопроизвольно появились кристаллические зародыши размером выше критического, число которых с течением времени стремительно увеличивается. [c.24] Стадия 2. При дальнейшей кристаиплизации на базе каждого зародыша вырастает дендрит. Образование полнофанного кристалла может не происходить из-за различных условий роста в разных точках поверхности зародыша (наличие посторонних примесей, градиент температуры и др.). [c.24] Стадия 3. Дендрит становится осью кристаллизации, скелетом, обрастающим выкристаллизованным металлом. Из-за взаимных столкновений кристаллов их рост в отдельных направлениях замедляется или даже прекращается, а сами кристаллы приобретают при этом неправильную форму. [c.24] Стадия 4. Завершение крист 1ллизации. Слиток состоит из ряда сращенных зерен (кристаллитов) более или менее округлой формы. [c.25] В реальных условиях процесс кристаллизации протекает несколько иначе н реальный металлический слиток имеет сложное строение, которое зависит от совместного влияния различных внешних и внутренних факторов. В реальном металлическом слитке или отливке существует несколько зон. отличающихся в основном размером зерен, величина которых зависит от скорости охлаждения и наличия в сплаве посторонних примесей. Реальный слиток всегда имеет усадочные раковины (за счет уменьшения объема закристаллизовавшегося металла), которые могут иметь вид пузырей, рассеянных по всему объему слитка или сосредоточенных в некоторых его частях, чаще всего в верхней (рис. 2.6). [c.25] Размеры зерен, их форма и ориентация оказывают существенное влияние на физико-химические и коррозионные свойства сталей и сплавов. Так, например, металлы и сплавы на их основе, имеющие мелкозернистую структуру, обладают, как правило, более высокой пластичностью и коррозионной стойкостью при прочих равных условиях по сравнению с теми же металлами и сплавами, имеющими более крупное зерно. [c.25] Изменения размера зерен металла, а следовательно, и его струкп-уры, можно провести путем термической, механической, термомеханической и химико-термической обработки. [c.26] Термической обработкой можно изменить структуру только тех металлов, которые обладают полиморфизмом. Поли.морфизм появляется в существовании у металла двух или более кристаллических форм и модификаций, устойчивых в определенном интервале температур. Наряду с железом полиморфные модификации имеют олово, кобальт, титан, марганец, кальций и другие. металлы. [c.26] При переходе из одной кристаллической формы в другую, наблюдаются явления, аналогичные кристаллизации из жидкой фазы. В отличие от кристаллизации из жидкости такая кристаллизация называется вторичной или перекристаллизацией. [c.26] Если металл не обладает полиморфизмом, то для изменения структуры часто применяют специальную механическую или термомеханическую обработку. В этом случае металл пластически деформируют с последующим нагревом до определенных температур. Такому виду обработки могут подвергаться только достаточно пластичные металлы. Рассмотрим, как можно изменить размер и форму зерен, применяя термомеханическуто обработку. [c.27] Приложенные к металлу напряжения вызывают его деформацию. Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки. Сколько бы ни было мало приложенное напряжение, оно вызывает деформа[шю, причем начальные деформации являются всегда упругими и величина их зависит прямо пропорционально от напряжения. На рис. 2.8 приведена типичная кривая деформации металла при его растяжении (а - возникающие в металле напряжения е - деформация в %). [c.27] Начальной стадией деформации металла является упругая деформация (участок АВ рис. 2.8). С точки зрения кристаллического строения, упругая деформация проявляется в некотором увеличении расстояния между атомами в кристаллической решетке. После снятия нафузки атомы возвращаются в прежнее положение и деформация исчезает. Другими словами, упругая деформация не вызывает никаких последствий в металле. Чем меньшую деформацию вызывают напряжения, тем более жесткий и более упругий металл. Характеристикой упругости металла являются дна вида модуля упругости модуль нормальной упругости (модуль Юкга) - характеризует силы, стремящиеся оторвать атомы друг от друга, и модуль касательной упругости (модуль Гука) - характеризует силы, стремящиеся сдвинуть атомы относительно друг друга. Значения модулей упругости являются константами материала и зависят от сил межатомного взаимодействия. Все конструкции и изделия из металлов эксплуатируются, как правило, в упругой области. Таким образом, упругость - это свойство твердого тела восстанавливать свою первоначальнуто фор.му и объем после прекращения действия внешней нагрузки. Модуль упругости практически не зависит от структуры металла и определяется, в основном, типом кристаллической решетки. Так, например, модуль Юнга для магния (кристаллическая решетка ГП% ) равен 45-10 Па, для меди (ГКЦ) - 105-10 Па, для железа (ОЦК) - 21010 Па. [c.28] После достижения предела упругости (точка В на рис, 2.8) выше точки В нарушается пропорциональность между напряжением и деформацией. Напряжения вызывают уже не только упругую, но остаточную, пластическую деформацию. Такое состояние объясняется сдвигом отдельных частей кристаллов. Форма зерен кристаллов дефор.мируется, станоиится вытянутой. Такая структура металла называется волокнистой и металл приобретает так называемую текстуру. После снятия напряжения металл продолжает сохранять деформированную структуру. Такое состояние металла называется наклепом или нагартовкой. Наклепанный металл характеризуется повышенными твердостью и прочностью, но пониженными пластичностью и коррозионной стойкостью по сравнению с исходным при прочих равных условиях. [c.29] Вернуться к основной статье