Свойства металлов и сплавов. Исследование структуры металла

Исследование структуры металла

Одной из важных характеристик металла является его структура. Обычно проводят исследования макро- и микроструктуры металла. Макроструктура – это строение металла, видимое невооруженным глазом или при малых увеличениях (под лупой) на разрезах или деталях. Макроанализ позволяет выявить дендритное строение, если металл литой, обнаружить в металле крупные дефекты нарушающие сплошность (усадочную рыхлость, пористость, раковины, крупные трещины и др.).

Микроструктура – строение металла, видимое при больших увеличениях с помощью микроскопа. Микроскопический анализ металлов впервые в 1831 г. применил выдающийся русский металлург П. П. Аносов. Металлографический микроскоп позволяет рассматривать строение металла в отраженном свете, и этим он отличается от биологического.

Для проведения микроанализа из металла вырезают небольшой образец – микрошлиф, одну плоскость которого шлифуют, полируют до зеркального состояния и протравливают каким-либо реактивом (часто 3 – 5 %-ным спиртовым раствором азотной кислоты). Под влиянием реактива полированная поверхность кристаллов (зерен) травится неодинаково. При освещении поверхности шлифа через оптику микроскопа лучи света отражаются от различно протравившихся зерен (структурных составляющих металла). Сильно протравившиеся структурные составляющие рассеивают падающие на них лучи света, в окуляр микроскопа они не попадают и выглядят темными. Те структурные составляющие, которые сохранили зеркальную поверхность (не протравились) полностью отражают свет и смотрятся светлыми. Поскольку границы зерен травятся сильнее зерен, то они из-за рассеивания света выглядят темными (рис. 3, а).

Это дает возможность определить величину, форму и расположение зерен, мелкие неметаллические включения, мелкие трещины и другие дефекты, которые могут понизить механические свойства металлических изделий. Поэтому контроль структуры производится на всех этапах изготовления изделий, начиная от выплавки металла и кончая термической обработкой готовых деталей и их отделочными операциями.

Изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил называется деформацией. Действующие силы (напряжения) могут быть внешние и внутренние – от физико-механических процессов, происходящих в самом теле (например, изменение объема кристаллов при полиморфных превращениях или вследствие перепада температур).

Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки. При упругой деформации изменяются только расстояния между атомами кристаллической решетки. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомных расстояний, атомы становятся на прежние места и деформация исчезает. При пластической деформации одна часть кристалла перемещается (сдвигается) по отношению к другой. Если нагрузку снять, то перемещенная часть кристалла не возвращается на прежнее место, деформация остается.

В процессе холодной пластической деформации происходит упрочнение металла. Это называется наклепом, или нагартовкой. При этом искажается кристаллическая решетка, увеличивается число кристаллических несовершенств (точечных и линейных) и деформируются (сплющиваются) зерна. Твердость и прочность повышаются, а пластичность металла снижается.

Сила, приложенная к единице площади, s (Н/м²) называется напряжением. Наличие в изделии надрезов, внутренних дефектов металла, отверстий, резких переходов от толстого к тонкому сечению приводит к неравномерному распределению напряжения. Такие места называют концентраторами напряжения, и очень часто они являются причиной образования трещин и разрушений деталей в эксплуатации.

Дата добавления: 2014-01-07