Мікроструктура металів

Метали і сплави, що мають дрібнозернисту будову, мають більшу міцність, більш високою твердістю і кращої оброблюваністю, ніж метали з великим зерном.

У виробництві чорних і кольорових металів широко практикується штучне зміна розміру і форми зерен введенням в розплавлений метал нерозчинних речовин. Цей спосіб називається модифицированием.

Завдяки модифікації металу зерна виходять більш дрібними і набувають дещо іншу форму, ніж в металі, які не що піддається модифікації.

Для модифікування стали застосовується порошок окису алюмінію, для модифікування чавуну - сплави заліза з хромом, заліза з кремнієм, а також чистий магній і т. Д.

Величину і форму зерен металу можна змінити і механічним впливом на нього куванням, штампуванням, прокаткою, волочінням і іншими способами, так званої пластичної деформацією.

В результаті пластичної деформації метал зміцнюється, набуваючи наклеп, при цьому зерна його размельчаются і приймають форму, що нагадує волокна (рис. 4).

Мал. 4. Мікроструктура:

а - кристалічна структура, б - структура до деформації, в - пластично деформований метал, г - структура після рекристалізації

Таке внутрішню будову пластично деформованого металу не є стійким і його покращують нагріванням, під впливом якого виникають нові зерна з недеформованою кристалічною решіткою. Цей процес називається рекристалізацією. а температура, при якій починається утворення нових зерен - температурою рекристалізації.

В даний час для вивчення структури металів розроблено багато різних способів. Велике значення має дослідження металів за допомогою вельми сильних оптичних мікроскопів зі збільшенням в 3000 і більше разів. Так звані електронні мікроскопи дозволяють отримати зображення, збільшені в десятки тисяч разів, а застосування рентгенівських променів дозволило визначити навіть розташування атомів усередині кристалів і відстань між атомами в кристалах.

Сплави мають більш складну, ніж метали, структуру. Внутрішня будова і властивості сплавів визначаються головним чином тим зв'язком, яка виникає між елементами, що входять до їх складу.

В цьому відношенні сплави можна розділити на дві групи: неоднорідні та однорідні.

Неоднорідні сплави являють собою просту суміш зі складових сплав компонентів. Прикладом неоднорідного сплаву може служити свинцева бронза, в якій легко виявити кристали міді і свинцю. Властивості подібних сплавів залежать від кількісного співвідношення компонентів.

В однорідних сплавах можна розрізнити складові частини. Однорідні сплави бувають двох видів: хімічні сполуки і тверді розчини.

При хімічній сполуці молекули сплаву утворюються з атомів складових частин. Характерною особливістю таких сплавів є абсолютно нові їх властивості в порівнянні з властивостями складових частин. Наприклад, твердість хімічної сполуки заліза з вуглецем дуже висока, тоді як залізо, т. Е. Основний елемент цього з'єднання, має твердість в 10 разів меншу.

Тверді розчини утворюються шляхом розчинення в основному металі інших елементів, що входять до складу даного сплаву. Властивості таких сплавів залежать від кількості розчинених речовин і не мають різкого відмінності від властивостей основного металу - розчинника. Наприклад, латуні, т. Е. Сплави міді і цинку, мають властивості, схожі з міддю.

Багато промислових сплави не можуть бути віднесені до певного типу, т. Е. Простої суміші, хімічній сполуці або твердому розчину, і являють собою з'єднання складного характеру. Такий, наприклад, сірий чавун, в якому вуглець присутній частково у вигляді хімічної сполуки з залізом (цементит), частиною ж у вільному стані (графіт), т. Е. Вже у вигляді суміші.

Перехід металів з рідкого стану в тверде не завжди є кінцевим процесом в освіті їх структури. У багатьох випадках відбувається вторинна кристалізація, т. Е. Зміна внутрішньої будови в твердому стані.

Вторинна кристалізація полягає в тому, що при певній для даного металу або сплаву температурі відбувається перегрупування атомів і утворення нового кристалічної будови.

Явища вторинної кристалізації мають велике значення, так як супроводжуються появою нових властивостей металу або сплаву. Зокрема, зміна властивостей стали при термічній обробці пояснюється змінами структури в твердому стані.

Отже, властивості металів знаходяться в залежності від їх внутрішньої будови.