Профессиональное обучение
(сборник учебников по профессиям)

Слесарное
дело

       

§ 3. Процесс кристаллизации

Свойства металлов и сплавов зависят от формы кристаллов, от числа частиц, составляющих отдельные кристаллы, от расстояния между частицами в кристаллах, от взаимного расположения кристаллов.

Большое влияние на свойства металлов и сплавов оказывают также особенности процесса кристаллизации, т. е. явления, сопутствующие переходу металлов и сплавов из жидкого состояния в твердое.

Температура, при которой металл или сплав переходят из жидкого состояния в твердое, называется критической температурой, или критической точкой.

Схема образования кристаллических зерен изображена на рис. 3. При определенной для каждого металла температуре в Жидком металле или сплаве появляются центры кристаллизации (рис. 3, а).

Схема образования кристаллических зерен

Рис. 3. Схема образования кристаллических зерен:
а — группы кристаллов (центры кристаллизации), б, в, г, д — рост возникших групп и появление новых центров, е — искажение формы кристаллов

По мере охлаждения появляются новые центры и происходит рост старых (рис. 3, б, в, г, д). На этой стадии в жидком металле могут образоваться кристаллы правильной геометрической формы, так как формированию их не препятствуют соседние кристаллы.

Перед полным затвердеванием свободный рост кристаллов прекращается и форма их искажается вследствие взаимного давления (рис. 3, е). Таким образом, в изломе застывшего металла образуются кристаллы уже неправильной формы, называемые зернами. Темные извилистые линии обозначают границы зерен.

Процесс образования зерен имеет большое практическое значение, так как от их расположения, формы и особенно от величины зависят свойства металла. Это впервые обнаружил Д. К. Чернов. Он установил, что в местах разрыва стволов артиллерийских орудий сталь имеет крупнозернистое строение и отличается меньшей прочностью по сравнению с мелкозернистой сталью.

О величине зерен, или зернистости, по излому металлов можно судить только приблизительно. Правильное представление о зернах дает металлографическое исследование шлифа металлов 1. Шлифом называется тщательно отполированная и протравленная особым составом поверхность металла. Величина зерен выражается их числом на 1 см2 поверхности шлифа.

Металлы и сплавы, имеющие мелкозернистое строение, обладают большей прочностью, более высокой твердостью и лучшей обрабатываемостью, нежели металлы и сплавы с крупным зерном.

В производстве черных и цветных сплавов широко практикуют искусственное изменение размера и формы зерен введением в расплавленные металлические сплавы незначительных доз модификаторов — веществ, почти не меняющих химические составы самих сплавов, но способствующих кристаллизации и получению сплавов с улучшенными механическими свойствами.

Величину и форму зерен сплава можно изменить обработкой давлением, ковкой, штамповкой, прокаткой, волочением и другими способами, вызывающими в металле пластическую деформацию, т. е. деформацию, остающуюся после снятия нагрузки.

В результате пластической деформации металлическое изделие упрочняется, при этом зерна его размельчаются и вытягиваются в направлении приложенной, силы (рис. 4).

Схема изменения микроструктуры

Рис. 4. Схема изменения микроструктуры:
а — кристаллическая структура, б — структура до деформации, е — пластически деформированный металл, г — структура после рекристаллизации

Для того чтобы снять напряжения в металле, возникшие в результате обработки давлением, его подвергают нагреванию; возникают новые зерна с недеформированной кристаллической решеткой. Этот процесс называется рекристаллизацией. Итак, свойства металлов и сплавов зависят от их внутреннего строения.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru