Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
3) выявить такие дефекты, как обезуглероживание, пережог, перегрев, наличие неметаллических включений и т. п.;
4) если исследуется чугун, определить его сорт. Совершенно очевидно, что микроисследование - ценный способ исследования металлов. Каждый термист должен владеть этим способом и чаще им пользоваться для проверки результатов своей работы. Микроскоп должен стать подлинным другом и помощником термиста.
Глава III.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ СПЛАВОВ.
В гл. II было рассмотрено строение чистых металлов. Следует, однако, отметить, что чистые металлы сравнительно редко применяют в технике: они дороги, не обеспечивают требуемых механических, а в ряде случаев и физических свойств. Чистые металлы не обладают большой твердостью и высокой прочностью, а также большим электросопротивлением. Они имеют сравнительно высокий коэффициент линейного расширения, а также быстро понижают свою прочность и твердость при нагреве. Наиболее широкое применение в технике имеют сплавы, которые представляют собой сложные металлические тела, полученные путем сплавления двух или более простых элементов. Сплавы могут быть сочетанием различных металлов, а также металлов с неметаллами (например, сплав железа с углеродом). Элементы, из которых составлен сплав, называются компонентами. Сплав, состоящий из двух элементов (компонентов), называется двойным сплавом, из трех - тройным и т. д. Мы рассмотрим двойные сплавы, как наиболее простые.
СТРОЕНИЕ СПЛАВОВ.
Чтобы разобраться в свойствах сплавов, следует, прежде всего, рассмотреть их строение. Естественно, что строение сплава является более сложным, чем строение чистого металла. В жидком состоянии большинство сплавов представляет собой растворы одного компонента в другом, т. е. атомы одного элемента располагаются между атомами другого. Жидкий сплав
— это однородная жидкость, в которой отдельные компоненты, составляющие сплав, не различаются (такой же раствор, каким являются растворы соли или сахара в воде). Во что же превращаются эти жидкие растворы при затвердевании? Оказывается, что в твердом состоянии сплавы могут иметь различное строение. В зависимости от вида компонентов, составляющих сплав, при его затвердевании могут образоваться механическая смесь, твердый раствор или химическое соединение. Свойства сплавов и зависят главным образом от вида взаимодействия компонентов при затвердевании, т. е. будут ли они в затвердевшем сплаве образовывать механическую смесь, твердый раствор или химическое соединение. Рассмотрим природу структурных составляющих сплавов.
Механическая смесь - это такая структурная составляющая сплава, когда кристаллы одного компонента расположены между кристаллами другого и могут быть различимы при рассмотрении под микроскопом. Такая структура образуется в тех случаях, когда происходит
20
раздельное выделение обоих компонентов из жидкого раствора, т. е. каждый компонент затвердевает сам по себе, сохраняя свойственную ему кристаллическую решетку. Схема микроструктуры механической смеси сплава, состоящего из двух компонентов (А и В), показана на рис. 21.
Твердый раствор. Если при переходе сплава из жидкого состояния в твердое компоненты, составляющие сплав, не отделяются друг от друга, как это имеет место при образовании механической смеси, а продолжают оставаться в растворе, то получается структура, которая называется твердым раствором.
Твердый раствор только тем и отличается от жидкого, что атомы в нем расположены с известной геометрически правильной закономерностью в виде кристаллических решеток. Таким образом, твердым раствором называют такой вид взаимодействия между компонентами, образующими сплав, когда атомы одного компонента располагаются в кристаллической решетке другого, т. е. в процессе кристаллизации образуется общая кристаллическая решетка, в которой находятся атомы обоих компонентов. Очевидно, что если такой сплав рассматривать под микроскопом, то мы увидим однородные кристаллы твердого раствора; компоненты же, составляющие сплав, под микроскопом не будут различимы. Схема микроструктуры твердого раствора представлена на рис. 22. При образовании твердого раствора один компонент является растворителем, а другой -растворимым. Растворителем становится тот компонент, кристаллическая решетка которого сохраняется, а растворимым - тот, атомы которого располагаются в кристаллической решетке растворителя. Кристаллическая решетка твердого раствора сплава меди с никелем приведена на рис. 23. Светлые шарики обозначают атомы меди, а черные - атомы никеля. Различают твердые растворы ограниченные и неограниченные. Так, например, железо с углеродом образует ограниченный твердый раствор, так как в кристаллической решетке железа может раствориться не более 2% углерода. Медь с никелем образуют неограниченные твердые растворы. Твердые растворы не отличаются постоянным составом. Например, могут встречаться твердые растворы железа с углеродом, содержащие 0,1, 0,5, 1,5% углерода и т. д. Химическое соединение. У некоторых сплавов компоненты при затвердевании образуют химические соединения. Так, например, железо с углеродом образует химическое соединение РезС, или карбид железа, медь и магний - Cu2Mg. Химическое соединение, так же как и твердый раствор, имеет однородную структуру, а кристаллическая решетка соединения включает в себя атомы обоих компонентов. Но между химическим соединением и твердым раствором имеется существенная разница. В кристаллической решетке химического соединения атомы каждого компонента находятся в строго определенном числе и расположены всегда одинаково. Так, например, в химическом соединении БезС три атома железа приходится на один атом углерода, а в соединении Cu2Mg два атома меди приходится на один атом магния. Следовательно, химическое соединение имеет постоянный состав, который может быть выражен химической формулой. Состав твердых растворов может изменяться в широких пределах и не может быть выражен химической формулой. Химическое соединение имеет свою кристаллическую решетку определенного вида, которая отличается от кристаллических решеток элементов соединения, поэтому при образовании
