Бельченко Г.И., Губенко С. И. Основы металлографии и пластической деформации стали. — К.; Донецк : Вища шк. Головное изд-во, 1987. — 240 с.
В учебном пособии изложены металлофизические основы пластической деформации металлов и сплавов. Особое внимание уделяется описанию дефектов кристаллического строения, их взаимодействию, а также механизмам пластической деформации. Рассмотрены основные закономерности изменения структуры и свойств металлов и сплавов при различных температурно-скоростных режимах и способах обработки давлением. Описаны структурообразование в железных сплавах при кристаллизации и охлаждении в твердом состоянии, дефекты структуры слитка.
Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов металлургический и машиностроительных вузов, обучающихся по специальности «Обработка металла давлением», может быть использовано научными и инженерно-техническими работниками, занимающимися исследованием деформированных сталей.
Фрагмент книги:
Металлография — наука о структуре металлов и сплавов. Она является основной частью современного металловедения — науки о взаимосвязи структуры металлов и сплавов с их физическими, химическими, механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами в различных условиях. Металлография служит основой создания металлических сплавов с заданными свойствами.
Рождение металлографии как науки о металлах связывают с именем выдающегося русского ученого-металлурга Д. К. Чернова, открывшего в 1868 г. полиморфизм железа и заложившего основы сов ременной теории кристаллизации металлов. В дальнейшем большой вклад в развитие науки о металлах внесли работы Н. С. Курнакова, Г. В. Вульфа, С. С. Штейнберга, А. А. Бочвара, Д. А. Садовского, Н. Т. Гудцова, К- П. Бунина, К. Ф. Стародубова (СССР), М. Лауэ и П. Дебая (Германия), У. Г. и У. Л. Брэггов, Юм-Розери и Н. Мотта (Англия), Э. Бейна, Р. Мейла (США).
Весь период развития металлографии характеризуется совершенствованием методов исследования структуры металлов и сплавов. Основными и наиболее доступными из них являются макро- и микроскопический. Макроскопический метод позволяет изучать структуру металла невооруженным глазом, микроскопический метод — с помощью оптического (светового) микроскопа. Зёренную структуру металлов и сплавов исследуют при максимальных увеличениях до 2000 раз. Применение высокотемпературной микроскопии дает возможность наблюдать процессы, протекающие при высоких температурах. Электронный микроскоп увеличивает изображение от нескольких тысяч до сотен тысяч раз. Металлические образцы могут исследоваться с его помощью на просвет путем использования тонких металлических пленок или угольных реплик, представляющих собой тонкие слепки с поверхности образцов (трансмиссионная электронная микроскопия).
Открытие и применение в промышленности таких новых свойств металлических сплавов, в том числе сплавов на основе железа, как сверхпластичность, сверхпроводимость, уникальная прочность и других, позволили развить металлографию железа и стали особо высокой чистоты, использовать возможности космического металловедения, изучить условия управления структурой и свойствами железных сплавов в экстремальных условиях, выбрать пути повышения прочности, надежности и долговечности стальных изделий и тем самым уменьшить расход стали на их изготовление.
Большинство из известных в настоящее время химических элементов — металлы. Металлами и металлическими сплавами называют вещества, обладающие электро- и теплопроводностью, характерным блеском и высокой пластичностью. Такой комплекс свойств обеспечивается особенностями их атомно-кристаллического строения.
На внешних оболочках атомов металлов находится небольшое число электронов, слабо связанных с ядром. В изолированных атомах электроны движутся вокруг своих ядер на определенных энергетических уровнях. Если два нейтральных атома сближать, то их электроны будут испытывать силы притяжения от ядер соседних атомов. Двигаясь по орбитам обоих атомов, электроны становятся общими для этих атомов. Энергетические уровни свободных атомов при сближении расщепляются на два уровня с различной энергией. Когда объединяется много атомов, то расщепленные уровни образуют энергетические полосы. Валентные электроны всех атомов коллективизируются и получается так называемый электронный газ. Атомная модель металла схематически может быть изображена в виде упорядоченно расположенных положительно заряженных ионов, окруженных коллективизированными свободными электронами.
Межатомные связи в металле состоят из сил притяжения между ионами и свободными электронами и сил отталкивания между одинаковыми по заряду частицами — ионами и электронами. Взаимодействие между положительными ионами и коллективизированными свободны ми электронами является основным фактором, определяющим металлическую связь.
Высокая электропроводность металлов объясняется способностью электронов ускоряться под действием поля. Элементы с металлической связью вследствие ее ненаправленности (изотропности) и значительной компактности расположения атомов обладают высокой пластичностью, поскольку атомы при пластической деформации смещаются в равноценные исходным положения. Металлический блеск является результатом взаимодействия электронов со световыми волнами, падающими на поверхность металла.
Металлы могут находиться в любом из трех агрегатных состояний — твердом (кристаллическом), жидком и газообразном. Если исследовать металл при различных температурах и давлениях, то можно установить граничные условия его существования в любом из трех
Из известных 14 типов кристаллических решеток в металлах наиболее часто встречаются три кристаллические решетки: гранецентрированная кубическая (ГЦК) — у меди, железа, алюминия, золота, свинца; объемноцентрированная кубическая (ОЦК) — у лития, железа, калия, натрия; гексагональная плотная (ГП) — у цинка, магния, кадмия.Кроме того, существуют простая кубическая, ромбическая, тетрагональная, тригональная, моноклинная и другие кристаллические решетки. Например, тетрагональную решетку имеют уран, протактиний, нептуний, плутоний.
При очень быстром охлаждении тонких металлических пленок удается перевести металл из жидкого состояния в твердое, но не в кристаллическое, а в аморфное. Аморфные металлы, или металлические стекла, не имеют кристаллической решетки, расположение атомов в них, близко к размещению атомов в жидкости. Такие материалы обладают уникальными свойствами, в том числе высокой прочностью.