Деформация и разрушение металлов

Лекция 4

Несамопроизвольная кристаллизация

Аморфные металлы

Для получения аморфного металла нужны огромные скорости охлаждения: 10⁶-10⁷ ºC/с. Достичь этого можно, только охлаждая очень тонкие слои металла или мельчайшие капли. Для этого распыляют расплав жидкостью, холодным воздухом или инертным газом, льют тонкой струйкой на массивный вращающийся водоохлаждаемый барабан и т. п.

Теоретически любой металл или сплав можно получить в аморфном состоянии, если достичь нужной скорости охлаждения. Но так как это технически сложно, то идут другим путем: в состав сплава включают аморфизаторы – бор, фосфор, кремний и др. Эти элементы способствуют переохлаждению расплава без зарождения центров кристаллизации. Например, металлическое стекло из сплава Pd – Si получается уже при скорости охлаждения 10³ ºC/с. Обычное соотношение металла и аморфизатора: Me₈₀X₂₀.

Изделия из металлических стекол очень малы по толщине (доли микрона) и используются в приборостроении.

Свойства аморфных сплавов: высокая твердость, прочность, износостойкость. Пластичность в них подобна вязкому течению жидкости. Нет анизотропии. Нет границ зерен, поэтому они не подвержены коррозии, которая легче всего развивается по границам. Особо важны их уникальные магнитные свойства: прямоугольная петля гистерезиса, высокая магнитная проницаемость, малая коэрцитивная сила. Все это находит применение в аудиотехнике (звукозапись и звуковоспроизведение).

При нагреве металла, находящегося в термодинамически неустойчивом аморфном состоянии, он кристаллизуется. Можно получить смесь кристаллов с аморфной основой, имеющую уникальные свойства.

Несамопроизвольной называют кристаллизацию на уже имеющихся центрах (нерастворенных частицах примесей) или с помощью поверхностно-активных примесей, которые способствуют измельчению зерна.

Специальное введение в расплав добавок, измельчающих зерно, называют модифицированием, а сами добавки – модификаторами.

Для стали модификаторами, образующими тугоплавкие частицы примесей, являются титан и алюминий, для алюминиевых сплавов – титан и цирконий. Поверхностно-активные модификаторы: для стали – бор, для алюминия – натрий.

Способствуют измельчению зерна механические колебания расплава с ультразвуковой частотой. Так получают пластичные литейные сплавы, не имеющие дендритной структуры.

В процессе эксплуатации металл находится под действием различных внешних сил – силы тяжести, давления, трения и т. д. Эти силы создают в металле внутренние напряжения. Напряжения могут возникать также под действием разности температур в изделии и при фазовых превращениях.

На возрастающее напряжение металл реагирует последовательно

1) упругой деформацией;

2) пластической деформацией;

3) разрушением.

Деформацией называют изменение формы и размера тела под действием нагрузок.

Дата добавления: 2014-01-11