Структура металів і сплавів

Спостережуване кристалічну будову металу або сплаву називають структурою. Велике будова металу, видима неозброєним оком або за допомогою найпростішого оптичного приладу – лупи, називають макроструктурою. Макроаналіз застосовують для виявлення в металі величини, форми і розташування зерен, дендритні або волокнистості будови, ликвации сірки і фосфору, усадочною рихлості, пустот і тріщин.

Будова металу розглядають за спеціальними зразками – мікрошліфів. Вирізаний зразок шліфують на наждачним папері, потім протруюють в хімічних реактивах, дія яких заснована на здатності по-різному розчиняти структурні складові, а також виявляти мікропори, тріщини та інші дефекти в металі.

Дрібне будова металу, невидиме неозброєним оком, називають микроструктурой.
Мікроаналізом досліджують структуру металу за допомогою металографічного мікроскопа. Вперше микроанализ для дослідження структури загартованої сталі застосував у 1831 р П.П. Аносов, і зараз цей метод надає велику допомогу промисловості. Мікроаналіз дозволяє не тільки визначити структуру металу в литому отожженном стані і після різних видів термічної і хіміко-термічної обробки, після зовнішніх механічних впливів (наклеп дробом, обкатка роликами і ін.), Але і встановити якість металу – забрудненість його неметаллическими включеннями (сульфідами, оксидами), величину зерен, глибину цементованного шару і т. д.

Для дослідження мікроструктури береться невеликий мікрошліф, вирізані з випробуваного матеріалу, одну сторону якого шліфують, полірують і потім піддають травленню реактивом – 4-процентним розчином азотної кислоти в етиловому спирті. Виявлення структури виробляють в результаті різного травлення окремих складових і різної їх забарвлення. Мета травлення – штучно викликати в металі неоднакове відображення світла різними структурними складовими або отримати різкі межі, що відокремлюють одне зерно від іншого. Поряд зі звичайними мікроскопами в даний час для глибоких досліджень металів застосовують електронний мікроскоп, в якому замість світлових променів використовуються електронні. Електронний мікроскоп дозволяє вивчати метал при збільшенні до 200 тис. Разів.
Будова сталевого злитка.
У металургійному виробництві виплавлену в конверторах або мартенівської печі сталь заливають в металеві форми, звані виливницями. Залита в виливниці сталь охолоджується нерівномірно. У місцях, що стикаються зі стінками виливниці, сталь швидко охолоджується, затвердевая у вигляді дрібнозернистої щільної кірки (1). У напрямку до центру злитка охолодження відбувається повільніше, в результаті чого утворюються довгі стовпчасті кристали, які містяться перпендикулярно стінок виливниці (2). У центральній (осьовий) частини злитка (3) охолодження відбувається ще повільніше. Ця частина злитка складається з рівноосних кристалів, розташованих безладно, і дрібних деревоподібних кристалів – дендритів (4). Дендрити виникають через нестачу рідкого металу для утворення суцільного кристала. У верхній частині злитка утворюється усадочная раковина (5).
Будова сталевого злитка
Центральна частина злитка застигає пізніше за інших і в ній зосереджується значна кількість сірки, фосфору та інших домішок, що погіршують механічні властивості стали. Серцевина злитка володіє і іншим недоліком – вона менш щільна, ніж зовнішня частина.

До найбільш часто зустрічається дефектів сталевого злитка відносяться: усадочні раковини, ізоляція, флок, газові бульбашки, неметалеві включення і т. П.
Усадочна раковина являє собою порожнину, що утворюється при затвердінні злитка в результаті скорочення в обсязі. Ця частина злитка, складова 12-20%, йде у відходи. Іншу частину металу застосовують для різного виду прокату – листів, штанг, труб, дроту, таврових профілів і т. П.

Ізоляція – це нерівномірне розташування хімічних елементів в зливку. Ликвацию в більшості випадків усувають тривалим відпалом при високій температурі нагріву.

Газові бульбашки представляють собою порожнечі, наявні в різних місцях злитка. Вони зазвичай утворюються в середині злитка або під кіркою.

До неметалічних включень відносяться кристалики окису алюмінію, силікати (кварц, скло), пічної шлак та ін. Неметалічні включення порушують суцільність стали і часто призводять до утворення тріщин, особливо в процесі термічної обробки.

Флок – це маленькі ниткоподібні тріщини, що дають в зламі металу білі плями. Концентрація напружень в флокенов може привести до усталостному зламу. Флок утворюються в результаті розчинення в стали водню. Це серйозний вид дефекту стали і його практично неможливо виправити.

Будова і властивості стали після гарячої деформації. При кування, штампування і прокатки сталевих злитків неоднорідність структури не зникає. На поверхні кованих і катаних заготовок метал найбільш щільний, чистий і міцний, а серцевина має деяку пористість і рихлість.

При обробці сталевих злитків тиском дендрити руйнуються і витягуються в напрямку деформації. Тому ковані і катаная сталь складається з довгих волокон чистого металу (осі дендритів) і металу, забрудненого неметаллическими включеннями (междуосние простору).

У кожному прутки і аркуші волокна строго орієнтовані в напрямку прокату. Метал неравнопрочен щодо направлення в ньому цих волокон. Ця неравнопрочность проявляється головним чином при ударних навантаженнях. Наприклад, при випробуванні на опір удару зразки, взяті поперек осі прутка, мають ударну в’язкість значно меншу, ніж зразки, взяті уздовж осі прокату.

Волокнисту будову, отримане при обробці металу тиском, зберігається і при подальшій обробці. Штучно створюючи ту чи іншу розташування волокон в деталі, можна змінювати його міцність у різних напрямах. Головка болта, отримана в гарячому стані на висадочної машині, значно міцніше пов’язана з його стрижнем, ніж головка того ж болта, отримана токарної обробкою.

Деталі з підвищеною міцністю виготовляють таким чином, щоб волокна металу описували конфігурацію деталі, і вона відчувала напругу в відповідальних місцях не вздовж волокон, а поперек. Наприклад, в кованих зубчастих колесах потрібно радіальне розташування волокон, а в кільцях підшипників – тангенціальне.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Ядерні реакції