ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ

Основы металловедения

Классификация металлов

До настоящего времени основой материальной базы вагоностроения служит черная металлургия, производящая стали и чугуны. Эти материалы обеспечивают высокую конструкционную прочность деталей вагонов.

К металлам относятся более 80 элементов периодической системы. Каждый металл имеет свои особенности, но все металлы характеризуются высокой электро- и теплопроводностью, металлическим блеском и повышенной способностью к пластической деформации. Наличие этих свойств определяет металлическое состояние вещества.

По некоторым признакам металлы объединяют в две группы: черные и цветные.

Черные металлы имеют темно-серый цвет. К ним относятся железо и сплавы на его основе (стали и чугуны).

Цветные металлы в большинстве случаев окрашены в красный, желтый или белый цвет.

Кристаллизация металлов

Все металлы и их сплавы имеют кристаллическое строение. Атомы металлов образуют при затвердевании кристаллы. Простейшим типом кристаллического строения является кубическая решетка. В простой кубической решетке атомы уложены недостаточно плотно. Стремление атомов занять места, наиболее близкие друг к другу, приводит к образованию новых типов решеток.

Для большинства металлов характерны следующие типы решеток (рис. 1): объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК — 9 атомов); гранецентрированная кубическая (ГЦК — 14 атомов) и гексогональная (17 атомов).

Кристаллы обладают анизотропией — различными свойствами в различных направлениях. Анизотропия проявляется в пределах од-

Кристаллические решетки металлов

Рис. 1. Кристаллические решетки металлов: а — объемно-центрированная кубическая; б — гранецентрированная кубическая; в — гексогональная; а, b — параметры решетки

ного кристалла или монокристалла. Реальные металлы являются поликристалл ическими, т.е. состоят из кристаллов, которые произвольно ориентированы друг к другу, поэтому свойства металла приблизительно одинаковы во всех направлениях, их условно называют псевдоизотропными. Псевдоизотропными поликристаллы являются с кристаллографической точки зрения, при горячей пластической деформации (ковке, прокатке) реальные металлы становятся анизотропными. Анизотропию необходимо учитывать при конструировании и разработке технологии изготовления деталей, чтобы не получить металл с дефектами (волокнистость, расслоение и др.).

Многие металлы при различных температурах имеют неодинаковые кристаллические решетки. Это явление называется полиморфизмом (аллотропией).

Железо, составляющее основу железоуглеродистых сплавов, обладает двумя типами кристаллических решеток: ОЦК и ГЦК и известно в двух полиморфных модификациях а и у. Модификация a-железа существует при температурах ниже 910 °С и выше 1392 °С. Кристаллическая решетка — ОЦК; растворяет углерода до 0,025 %.

Модификация у-железо существует при температурах от 910 до 1392 °С.

Кристаллическая решетка — ГЦК; растворяет углерода до 2,14 %. Различная растворимость углерода объясняется особенностями и периодами их кристаллических решеток.

Образование кристаллической решетки происходит при переходе металла из жидкого состояния в твердое. В жидком металле образуются центры кристаллизации и начинают расти кристаллы. Пока их окружает жидкость кристаллы растут свободно и могут иметь правильную геометрическую форму. При столкновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается. Кристаллы растут в свободном направлении и после затвердевания получают неправильную внешнюю форму. Их называют зернами или кристаллитами. Чем больше центров кристаллизации и меньше скорость их роста, тем мельче зерна металлов. Величина зерна металла сильно влияет на механические свойства. Чем мельче зерно, тем выше прочность, вязкость и пластичность металла.

Охлаждение с высокой скоростью для получения мелкого зерна невозможно для отливок большой массы. В этом случае в жидкий металл вводят легирующие элементы, образующие тугоплавкие частицы, которые являются искусственными центрами кристаллизации и называются модификаторами, а сам процесс модифицированием.

Переход металла из жидкого состояния в твердое состояние называется первичной кристаллизацией, а превращения в затвердевшем металле при его остывании называются вторичной кристаллизацией.

Процесс кристаллизации описывается кривыми охлаждения, которые строятся в координатах температура—время. Температура, которая соответствует какому-либо превращению в металле, является критической точкой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >