Направление подготовки бакалавров Химическая технология Материаловедение и

материалов
Лихачев Владислав Александрович, к.х.н., доцент

жидком (высокие температуры) или твердом состоянии (обычные температуры).
Это объясняется тем,

что свободная энергия металла в жидком и твердом состоянии в зависимости от температуры меняется по разному.
Вещество всегда находится в состоянии, обладающем меньшей свободной энергией. Для металла при высоких температурах меньшей свободной энергией обладает жидкое состояние, при низких – твердое состояние.
Все это иллюстрируется графиком на следующем слайде.

FT - изменение свободной энергии твердого металла при изменении температуры;

Кривая

FЖ изменение свободной энергии жидкого металла при изменении температуры

Жидкий
металл
Т пл

Твердый
металл



Температура плавления (Т пл) – физическая характеристика любого металла и постоянна для каждого металла

металла
1
2

3

постоянна и зависит от скорости охлаждения.

Температура кристаллизации всегда ниже температуры

плавления.

При кристаллизации металла одновременно идут два процесса:
1.Образование зародышей;
2.Рост образовавшихся зародышей.

Кривые охлаждения

последующим смыканием в металле образуется зерно.
Зерно (кристаллит) – это маленький

монокристалл с определенной направленностью кристаллографической решетки.
Чем больше скорость охлаждения тем более мелкое зерно образуется в кристаллическом металле

как маленький монокристалл анизотропно по свойствам.
Так как

в металле много зерен, то свойства реального металла усредняются. Реальный металл изотропен по свойствам.
В реальном металле, в отличие от идеального, большое количество дефектов строения, поэтому его прочность значительно уступает идеальному металлу (монокристаллу).

Строение реального металла

вида дефектов:
Точечные;
Линейные
Поверхностные

характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. К точечным дефектам

относятся:
Вакансии;
Атомы в междоузлиях;
Примесные атомы, атомы других элементов

1) свободные места в узлах кристаллической решётки – вакансии (дефекты Шоттки);

- дислоцированные атомы (дефекты Френкеля);

3) атомы других элементов, находящиеся в

узлах и междоузлиях, - примесные атомы.

малыми размерами в двух измерениях, но имеют значительную протяженность в

третьем измерении. Наиболее важный вид линейных дефектов – дислокации:краевая дислокация (экстраплоскость)
и винтовая дислокация.

Краевая дислокация

Винтовая дислокация

Линейные дефекты

металл -  = 107-108

(100 км- 1000 км);
Холодное деформирование -  = 109-1011 (100000км-10000000км)

толщину в одном направлении и значительные размеры в двух других

измерениях.

Поверхностные дефекты это:
границы зерен;

Поверхностные дефекты

граница

с более близким к идеальному строением кристаллической решетки, т.е. металлов,

в которых отсутствуют дефекты кристаллического строения или их число мало;

Увеличение числа структурных несовершенств, препятствующих движению дислокаций (закалка, деформационное упрочнение).

Повышение прочности металла

наиболее плотноупакованная плоскость, поэтому часто зерно растет в виде иглы

(ось первого порядка).
На ребре иглы происходят зарождение и рост перпендикулярных игл (ось второго порядка) затем третьего и т.д.
В результате образуется разветвлённый древовидный кристалл, называемый дендритом.

Дендритное строение слитка

размеры и ориентировку.
Схема строения слитка спокойной стали приведена на

рисунке. Структура слитка состоит из трёх зон: наружной мелкозернистой I, зоны столбчатых кристаллов II и зоны равноосных кристаллов III.

1 – Таким образом слиток снаружи со стороны формы имеет слой более мелкокристаллического, более плотного металла.
Этот слой называется - литейная корочка

Структура реального слитка

размеры зависят от условий кристаллизации металла.
В свою очередь размеры зерна

в металле определяют свойства металла, такие как прочность, способность к деформации и т.д.
Поэтому важно знать и контролировать величину зерна в металле.

в поперечном сечении.
Это определение условно, так как действительная форма

зерна в металлах меняется в широких пределах – от нескольких микрометров до миллиметров.
Средний размер зерна оценивается баллами по специальной стандартизованной шкале.

Размер зерна

определения величины зерна (по ГОСТ 5639-82):
метод эталонных шкал (наиболее

распространён);

метод подсчёта зёрен;

метод подсчёта пересечений границ зерен;

метод измерения длин хорд;

Сущность метода эталонных шкал заключается в следующем. Сначала просматривают всю площадь шлифа при увеличении в 100 раз. После просмотра выбирают несколько типичных участков и сравнивают со специальными эталонами представленными в шкале 1.

Определение балла зерна

при увеличении 100х, с эталонами представленными на шкале №1 определяют

балл зерна.

используется дополнительная шкала №1 для определения балла мелкого зерна. Увеличение

при измерениях составляет х200, х400 и х600 (баллы 7-14)
Для определения размера крупного зерна используется дополнительная шкала №2 для крупного зерна (баллы от -3 до 2). При этом увеличение берется х50 или х25.