 |
Строение металлического слитка
|
|
|
|
Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей могут иметь различную форму.
Чаще всего в процессе кристаллизации образуются разветвленные или древовидные кристаллы, получившие название дендритов (рис.2.6). При образовании кристаллов первоначально образуются длинные ветви- так называемые оси первого порядка (главные оси).Одновременно с удлинением осей первого порядка на их ребрах происходит зарождение и рост перпендикулярных к ним таких же ветвей второго порядка. В свою очередь на осях второго порядка зарождаются и растут оси третьего порядка. Правильная форма дендритов искажается в результате столкновения и срастания частиц на поздних стадиях кристаллизации.
Полиморфные превращения
Значительное число металлов в зависимости от температуры может существовать в разных кристаллических формах или в разных полиморфных модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестаиваются таким образам, что получается кристаллическая решетка, другого типа. Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства. металлов принять обозначать буквой a, при более высокой b, а затем ¡ и т.д.
Известны полиморфные превращения Fea «Fe¡, Snb «Sna, Tia «Tib, а также Co, Mn, Ca, Li, Na и др.
Полиморфное превращение протекает благодаря переходу кристаллического вещества (металла) в состояние с меньшей энергией Гиббса (рис.2.7).Полиморфное превращение осуществляется образованием зародышей и последующим их ростом в результате перехода атомов из старой модификации в новую. Зародыши часто возникают на границах исходных зерен. В результате превращения получаются новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму.
|
|
|
Переход металла из одной аллотропической модификации в другую в условиях равновесия (малой степени переохлаждения) протекает при постоянной температуре и сопровождается выделением тепла, если превращение протекает при охлаждении, и поглощением тепла в случае нагрева. Поэтому на кривых охлаждения (см. рис. 2.7) при температуре полиморфного превращения (несколько ниже tn) отмечается площадка. В реальных условиях полиморфные превращения протекают лишь при значительном переохлаждении (перегреве) относительно равновесной температуры полиморфного превращения tn.
Изменение компактности кристаллической решетки при переходе из одной полиморфной формы в другую влечет за собой изменение объема вещества и его свойств.
3.ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Под механическими свойствами металла (или другого материала) понимают характеристики, определяющие его поведение под действием приложенных к нему внешних механических сил в виде статической, динамической или знакопеременной нагрузок. К механическим свойствам относят прочность сопротивление металла (сплава) деформации и разрушению и пластичность способность металла к необратимой без разрушения деформации (остающейся после удаления деформирующих сил).
Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Деформация вызывается внешними силами, приложенными к телу, или происходящими в самом теле физико-механическими процессами (например, изменение объема отдельных кристаллитов при фазовых превращениях или вследствие температурного градиента).
Виды напряжений
В случае одноосного растяжения возникающие в теле напряжения равны. Сила Р (рис.3.1), приложенная к некоторой площадке F,обычно направлена к ней под некоторым углом. Поэтому в теле возникают нормальные и касательные напряжения. Различают временные напряжения, обусловленные действием внешней нагрузки, которые исчезают после снятия нагрузки, и внутренние напряжения, возникающие и уравновешивающиеся в пределах тела.
|
|
|
Образование внутренних напряжений связано в основном с неоднородным распределением деформаций (в том числе и микродеформаций) по объему тела.
Наличие в испытуемом образце механических надрезов, трещин внутренних дефектов металла приводит к неравномерному распределению напряжений, создавая у основания надреза пиковую концентрацию нормальных напряжений (нормальные напряжения бывают растягивающими и сжимающими)(рис.3.2). Действие надрезов, сделанных в образце, аналогично конфигурации изделий, имеющих сквозные отверстия, резьбу и т.п., или влиянию внутренних дефектов металла (неметаллических включений, графитных выделений в чугуне, трещин и др.), нарушающих его цельность. Поэтому всевозможные надрезы, отверстия, галтели и другие источники концентрации напряжений называют концентраторами напряжений.
Напряжения вызываются различными причинами. Различают временные, обусловленные действием внешней нагрузки и исчезающие после ее снятия; внутренние остаточные напряжения, возникающие и уравновешивающиеся в пределах тела без действия внешней нагрузки. Внутренние напряжения наиболее часто возникают в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла вследствие неодинакового расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев. Эти напряжения называют тепловыми. Кроме того, напряжения возникают в процессе кристаллизации, при неравномерной деформации, при термической обработке вследствие структурных превращений по объему и т.д., эти напряжения называют фазовыми или структурными.
Внутренние напряжения классифицируют:
-напряжения 1 рода (или зональные),называемые также макронапряжениями, они уравновешиваются в объеме всего тела, возникают главным образом в результате технологических процессов, которым подвергают деталь в процессе ее изготовления.
-напряжения 2 рода уравновешиваются в объеме зерна (кристаллита) или нескольких блоков (субзерен), их называют иначе микронапряжениями. Чаще всего они возникают в процессе фазовых превращений и деформации металла, когда разные кристаллиты и блоки внутри них оказываются в различном упругонапряженном состоянии.
-напряжения 3 рода, локализующиеся в объемах кристаллической ячейки, представляют собой статические искажения решетки, т. е. смещения атомов на доли ангстрема из узлов кристаллической решетки.
|
|
|
