• Рабочие
  столы
  • Столы
  • Столы-шкафы
  • Столы разделочные пластик
  • Столы разделочные дерево
  • Столы специальные
• Нейтральное
  оборудование
  • Шкафы для посуды
  • Ванны моечные
  • Полки открытые
  • Полки закрытые
  • Стеллажи
  • Стойки-шпильки
  • Тележки
  • Подтоварники
  • Контейнеры для мусора
• Вентиляционное
  оборудование
  • Вытяжные зонты островные
  • Вытяжные зонты пристенные
  • Приточно-вытяжные зонты островные
  • Приточно-вытяжные зонты пристенные
• Тепловое
  оборудование
  • Столы с подогревом внутри
  • Столы с подогревом столешницы
  • Мармит
• Энциклопедия
  стали
  • Сталь - общие сведения
  • Нержавеющая сталь
  • Маркировка сталей
  • Области применения
  • Уход за изделиями

Микроструктура металлов

Г.В.Акимов

В первые десятилетия XX века думали, что свойства металлических сплавов зависят главным образом от состава. Действительно, чугун, т. е. сплав железа с большим количеством углерода (больше 3% ), сильно отличается от стали, т. е. того же железа, но содержащего углерода раз в десять-пятнадцать меньше (0,2 — 0,3%). Чугун твёрд и хрупок; тогда как железо мягко и пластично. Разными свойствами может обладать и металл одного и того же состава. Так, например, после холодной прокатки или протяжки металлы, как правило, становятся более прочными, но менее пластичными. Особенно велика разница в свойствах сплавов до и после тепловой обработки. Операция закалки состоит, как известно, из нагрева стали до определённой высокой температуры и быстрого охлаждения; при этом состав стали, понятно, никак не меняется.

Мы хорошо представляем себе упругость и твёрдость закалённого сабельного клинка. При правильном ударе сильный и ловкий боец может перерубить человека или животное пополам. Если же «отжечь» клинок, т. е. нагреть до высокой температуры и медленно охладить, то он превращается в довольно мягкую, пластичную металлическую полосу, которую легко согнуть руками; ею нельзя срубить даже тонкий прутик.

Лёгкие алюминиевые сплавы, создавшие новую эпоху авиации, также приобретают высокие механические свойства лишь после термической обработки — закалки и старения («вылёживания» металла в течение нескольких дней при комнатной температуре). Итак, по-видимому, не просто от состава, но и от какого-то внутреннего строения, т. е. структуры, зависят свойства сплавов. Следовательно, чтобы управлять свойствами металлов, нужно проникнуть в тайны их структуры.

Все металлы в твёрдом состоянии — тела кристаллические. Это значит, что атомы в твёрдом металле расположены в определённом порядке: образуют кристаллическую решётку. Однако только при помощи специальных методов можно получить кусок металла, который бы весь целиком представлял один кристалл. Ещё труднее получить образцы металлических кристаллов с правильными гранями, какие мы привыкли видеть на больших кристаллах горного хрусталя (кварца) или каменной соли. Обычно же металлы состоят из множества микроскопических кристалликов или, как их ещё называют, кристаллитов, или «зёрен».

Форма кристаллитов неправильная, вследствие того, что при образовании твёрдого металла из расплавленного жидкого металла кристаллики растут одновременно, затем соприкасаются и стесняют друг друга. Есть ещё и другие причины, усложняющие картину кристалликов и ещё более искажающие их «естественную» форму.

Если закристаллизованный металл разрезать, отшлифовать и отполировать одну из поверхностей разреза, то. получится так называемый металлографический шлиф. После осторожного травления зеркальной поверхности шлифа кислотой можно увидеть под микроскопом строение твердого металла. Границы кристаллитов травятся сильнее, и поэтому под микроскопом мы увидим светлые кристаллиты, или «зёрна» металла, разделённые более темными границами, а также множество всяких подробностей строения: металлические и неметаллические включения — в виде зёрнышек, игол и т. д., маленькие трещинки и многое другое, о чём будет речь дальше.

Микроструктура чистого алюминия (увеличение 500).

На рисунке показана структура технически чистого алюминия. Зёрна, или кристаллиты, совсем не похожи по своим очертаниям на обычные кристаллы, имеющие симметрически правильную форму.

Впервые микроскоп для изучения металлов был применён русским инженером Павлом Петровичем Аносовым (1797 — 1854). В 1837 г. Аносов изучил и описал микроскопическое строение так называемой «булатной стали», издавна изготовляемой на Востоке. Из этой стали делались лучшие в мире сабельные клинки. Поверхность стали отличается своеобразным «узором». Аносов, получив при помощи микроскопа структуру этой стали, разгадал «секрет булата».

Мы уже говорили выше, что при помощи микроскопа нельзя прямо доказать кристаллический характер металла, так как характерная для кристаллов правильная форма у кристаллитов сильно искажается. Только исследование с помощью рентгеновскнх лучей тонкой кристаллической структуры, т. е. расположения атомов в металлах, показало, что все без исключения металлы в твёрдом состоянии являются кристаллическими телами. В настоящее время рентгеновская установка, так же как и металлографический микроскоп, — необходимое оборудование каждой металловедческой лаборатории.

Ещё до того, как с помощью рентгеновского метода был доказан кристаллический характер твёрдых металлов, началось систематическое изучение микроструктуры и свойств металлов. Возникла разветвлённая наука о металлах — физико-химия металлов, или металловедение, часто называемая также металлографией. Особенно много для понимания природы металлов сделали Дмитрий Константинович Чернов — основатель металлографии железа и стали и академик Николай Семёнович Курнаков, создавший физико-химическую школу, известную далеко за пределами нашей родины. Несомненно, что в основе быстрого расцвета физико-химии металлов лежали практические потребности.

Возвратимся, однако, к структуре алюминия, изображённой на рисунке. Если присмотреться, можно отметить и на гpaницах зёрен, и внутри них самих мелкие тёмные включения — это загрязнения. Очень трудно получить металлы в совершенно чистом виде. Обычные чистые (технические) металлы содержат заметное количество других металлов, остатки шлака, маленькие пузырьки газа и т. п. Технические металлы состоят из сростков многих маленьких и притом искажённых кристалликов.

В настоящее время наука в состоянии управлять ростом кристаллов, и мы по произволу можем получать металлы либо с крупными зёрнами, либо с мелкими. Если сильно перегреть металл, т. е. нагреть его значительно выше температуры плавления, и потом медленно охлаждать, то получится крупнозернистая структура; наоборот, малый перегрев и быстрое охлаждение способствуют образованию мелкого зерна. Очень важно, что кристаллиты, или зёрна, могут расти не только из жидкости, но и в твёрдом состоянии. Если мелкозернистый металлический пруток осторожно прокатать или проковать при определённой повышенной температуре необходимое время, то получатся очень крупные зёрна металла. Это так называемый процесс рекристаллизации металла.

Величина зерна заметно влияет на свойства металлов. Часто (но не всегда) крупнозернистые металлы менее пластичны, хуже сопротивляются действию ударов, чем мелкозернистые. Поэтому возможность контролировать рост зерна очень важна и в практическом отношении.

Следующая страница: Микроструктура сплавов