- •1 Строение и свойства металлов и сплавов
- •1.1 Общие сведения о металлах. Металлическое состояние вещества. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •1.2 Строение реальных металлов
- •1.3 Методы исследования металлов
- •2 Структурные методы исследования.
- •1 Физические методы исследования.
- •2 Механические методы исследования (испытания).
- •Участки 1-2 и 4-5 – переход металла из одного состояния в другое.
- •1.5.1 Энергетические условия процесса кристаллизации
- •1.5.2 Механизмы процесса кристаллизации
- •1.6 Форма кристаллов. Строение металлического слитка
- •1.7 Строение сплавов
- •Механические смеси
- •Твердые растворы
- •Химические соединения
- •1.8 Диаграммы состояния сплавов
- •1.8.1 Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых практически нерастворимы в твердом состоянии (диаграмма 1го рода) Общий вид диаграммы представлен на [6, рис. 12, б и 13].
- •Т аким образом:
- •1.8.2 Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (2 города)
- •Диаграмма с эвтектикой
- •Диаграмма с перитектикой
- •Для сплавов, лежащих левее т.К, будем иметь избыток -твёрдого раствора:
- •1.8.4 Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение (диаграмма 4-го рода)
- •1.8.5 Диаграммы состояния сплавов, претерпевающих превращения в твердом состоянии
- •1.8.6 Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния
1.2 Строение реальных металлов
Металлы, как и любое кристаллическое тело, имеют дальний порядок расположения атомов, т.е. закономерность расположения атомов сохраняется в любом объёме металла. Детальное рассмотрение реальных металлов показывает, что эта закономерность может нарушаться, т.е. кристаллические решётки реальных металлов имеют дефекты (несовершенства). Дефекты решёток могут быть трёх типов: точечные, линейные, поверхностные.
К точечным дефектам относятся вакансии (отсутствие атома в узле решётки – [6, рис.3, а]), дислоцированные атомы (атомы, перешедшие в межузловое пространство, – [6, рис.3, б]) и примесные атомы (атомы, внедрённые в решётку металла и которые отличаются по размерам от атомов данного металла, [6, рис.3, в]). Эти дефекты приводят к нарушениям (искажениям) решётки. Образование точечных дефектов связано с тепловым движением атомов. Источником вакансий может служить испарение атомов с поверхности металла.
К линейным дефектам относятся дислокации краевые и винтовые. Возникновение дислокации можно представить, например, в результате частичного сдвига при деформировании кристалла [6, рис.4, а]. При этом образуется прерванная кристаллографическая плоскость (экстраплоскость), край которой представляет краевую дислокацию АВ. В области дислокации нарушается порядок расположения атомов. Количество дислокаций в металле значительно увеличивается при пластической деформации.
Поверхностные дефекты имеют заметные размеры в двух направлениях. К ним относятся границы кристаллов, фрагментов, блоков (части кристаллов, имеющие различную ориентировку), а также поверхность тела [6, рис.5].
1.3 Методы исследования металлов
Существует несколько групп методов исследования металлов.
1 Химические методы исследования (определение химического состава).
2 Структурные методы исследования.
Структура – внутреннее строение металла или сплава: форма, размеры, расположение кристаллов. Различают макроструктуру и микроструктуру.
Макроструктура металла – строение металла, видимое невооружённым глазом или при небольшом увеличении в 20…40 раз.
Микроструктура наблюдается при увеличении в 50…100 000 раз.
Макроструктура изучается с помощью макроструктурного анализа на макрошлифах.
С помощью макроанализа можно определить характер излома, размеры, форму, расположение кристаллов металла, поверхностные дефекты (раковины, трещины), химическую неоднородность (ликвацию).
Микроструктурный анализ служит для изучения микроструктуры. При увеличении в 50…2000 раз с помощью оптического микроскопа можно изучать элементы структуры размером до 0,2 мкм: отдельные зёрна, фазы, неметаллические включения. Для изучения более мелких структурных составляющих применяется электронный микроскоп, который позволяет исследовать структуру при увеличении до 100 000 раз. Электронный микроскоп позволяет изучать дефекты кристаллического строения: дислокации, скопление вакансий и т.д.
Рентгеноструктурный анализ позволяет исследовать атомно-кристаллическую структуру металла: степень несовершенства кристаллов (плотность дислокаций), тип и параметры решёток, величину микронапряжений.