Технология металлов

Жидкое состояние металла характеризуется большой подвижностью атомов.

По мере приближения металла к температуре затвердевания атомы его в отдельных местах начинают группироваться так же, как в кристаллических решетках твердого металла.

Некоторые из этих атомно-кристаллических групп могут стать зародышами будущих кристаллов, или, как говорят, центрами кристаллизации.

Дальнейший рост кристаллов происходит путем постепенного наращивания на эти центры новых атомных слоев.

Таким образом, процесс кристаллизации заключается в образовании центров кристаллизации и в их последующем росте.

На рисунке показана схема развития процесса кристаллизации.

В первые моменты кристаллы растут свободно, сохраняя свою кристаллическую форму.

По мере развития процесса кристаллы встречаются друг с другом, препятствуя тем самым дальнейшему росту в этом направлении. Кристаллы будут расти только лишь в некоторых направлениях, где имеется еще жидкий металл. Благодаря этому правильная форма кристалла теряется и он приобретает округлую форму. Такие кристаллы называют зернами.

В настоящее время в производстве черных и цветных металлов получил широкое распространение процесс искусственного изменения размеров и формы зерен путем введения в расплавленный металл нерастворимых веществ, называемый модифицированием.

Эти вещества распределяются равномерно по всему объему металла и образуют дополнительные центры кристаллизации, благодаря чему зерна металла получаются более мелкими и могут изменять свою форму.

Такими веществами могут быть:

• порошок окиси алюминия при модифицировании стали,

Некоторые металлы имеют в твердом состоянии несколько видов кристаллической решетки. Достаточно такие металлы нагреть до определенной температуры, как атомы перестраиваются и образуют новую кристаллическую решетку.

Процесс перехода из одного типа кристаллического строения в другой называетсяаллотропическим превращением.

Различные типы кристаллического строения называют аллотропической формой, или модификацией.

Модификации металлов обозначаются буквами греческого алфавита:

Аллотропические превращения, так же как и первичная кристаллизация, протекают при постоянной температуре, так как при охлаждении происходит выделение, а при нагреве — поглощение тепла.

На кривой охлаждения это превращение отмечается горизонтальным участком.

Аллотропические превращения протекают путем зарождения центров кристаллизации в твердом металле и роста вокруг них кристаллов новой модификации, подобно процессу первичной кристаллизации.

На кривой охлаждения железа, приведенной на рис. 8, показаны аллотропические превращения, претерпевающие железом при очень медленном охлаждении.

При охлаждении железо затвердевает при температуре 1539°. При этом образуется Fe_δ, т.е. железо с «объемноцентрированной решеткой».

При последующем охлаждении при температуре 1400° Fe_δ превращается в Fe_γ, т. е. в железо с «гранецентрированной решеткой».

Олово существует в двух модификациях: Sn_α и Sn_β.

• Олово α (Sn_α) называют серым оловом. Оно представляет собой порошок.

• Олово β (Sn_β) — белое олово, прочный металл.

Превращение белого олова в серое протекает при температуре + 18°, но снаибольшей скоростью этот процесс протекает при переохлаждении до минус 30°.

На изделиях из белого олова после длительного хранения на холоде возникают бугорки серого олова, которые затем рассыпаются в порошок. Это явление получило название оловянная чума.

Изменить величину и форму зерен можно также и механическим воздействием, например:

• ковкой,

• штамповкой,

• прокаткой,

• волочением и т.д.,

т.е. путем изменения формы изделия (или, как говорят, путем пластической деформации металла) с последующим нагревом, после которого можно получить зерна разных размеров.

Пластическая деформация протекает путем смещения (сдвигов) тонких слоев металла (пачек) в кристалле относительно друг друга по плоскостям скольжения под влиянием механических усилий.

Различают два вида обработки металлов давлением.

Холодная обработка металлов

Холодной обработкой металлов давлением называют обработку, которую ведут при температуре ниже температуры рекристаллизации. При такой обработке металл наклёпывается.

Горячая обработка металлов

Горячей обработкой металлов давлением называют обработку, которую ведут при температуре выше температуры рекристаллизации. При такой обработке пластически деформированный металл рекристаллизуется в процессе обработки давлением.

Металлическими сплавами, как уже указывалось, называются сложные материалы, полученные путем сплавления одного металла с другими металлами или неметаллами.

При сплавлении металлы и неметаллы взаимодействуют между собой и образуют либо химические соединения, либо твердые растворы, либо, что очень редко, остаются в химически чистом виде.

Химические соединения

Химические соединения характерны тем, что атомы элементов, образующих сплав, объединяются в определенном количестве. Состав соединения может быть выражен химической формулой.