Стремятся к получению мелкозернистой структуры. Оптимальными условиями
для этого являются: максимальное число центров кристаллизации и малая скорость
роста кристаллов.
Размер зерен при кристаллизации зависит и от числа частичек нерастворимых
примесей, которые играют роль готовых центров кристаллизации – оксиды, нитриды,
сульфиды.
Чем больше частичек, тем мельче зерна закристаллизовавшегося металла.
Стенки изложниц имеют неровности, шероховатости, которые увеличивают
скорость кристаллизации.
Мелкозернистую структуру можно получить в результате модифицирования, когда
в жидкие металлы добавляются посторонние вещества – модификаторы,
По механизму воздействия различают:
1. Вещества не растворяющиеся в жидком металле – выступают в качестве
дополнительных центров кристаллизации.
2. Поверхностно - активные вещества, которые растворяются в металле, и,
осаждаясь на поверхности растущих кристаллов, препятствуют их росту.
Короче чем больше степень переохлаждения, чем быстрее охлаждается-тем больше центров кристаллизации и меньше зерна, чем меньше скорость охлаждения тем меньше центров зерен и больше сами зерна
Дефекты слитка
Дефекты стальных слитков подразделяют на естественные или неизбежные, которые возникают при затвердевании и охлаждении слитка, и технологические, которые возникают из-за несовершенства технологии выплавки и разливки металла.
К естественным дефектам относятся: усадочная раковина, осевая рыхлость, химическая и структурная неоднородность, сотовые пузыри, эндогенные неметаллические включения.
К технологическим дефектам – трещины, плены, завороты корки, подкорковые пузыри в слитках спокойной стали, голенища или рослость слитков кипящей стали, малая толщина плотной корки слитка и др.
После затвердения стали, залитой в изложницы, в полученном слитке наблюдаются три зоны:
1 вблизи поверхности — плотный слой мелких кристаллов
2 — крупнокристаллическая, столбчатые кристаллы которой расположены перпендикулярно оси слитка
3 — кристаллы, беспорядочно ориентированные в слитке.
В нижней части слитка металл находится в рыхлом состоянии, а в верхней —образуется усадочная раковина. Это объясняется тем, что скорость остывания разных слоев слитка неодинакова.
В слитках стали встречаются газовые раковины, возникающие вследствие того, что газы, поглощенные металлом во время плавки, не успевают выделиться при охлаждении металла и остаются в нем, образуя внутренние пузыри.
Слиток неоднороден по своему химическому составу. Это неравномерное распределение составляющих сплава в различных местах сплава называется зональной ликвацией.
Масса кристалла металла также химически неоднородна. Это явление называют внутрикристаллической ликвацией. Ликвацию уменьшают разными способами: ускорением затвердевания слитка, соответствующей последующей термической обработкой металла и др.
Аморфные металлы.
Аморфные металлы (металлические стёкла) — класс металлических твердых тел с аморфной структурой, характеризующейся отсутствием дальнего порядка и наличием ближнего порядка в расположении атомов. В отличие от металлов с кристаллической структурой, аморфные металлы характеризуются фазовой однородностью, их атомная структура аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.
Аморфные сплавы подразделяются на 2 основных типа: металл-металлоид и металл-металл.
При аморфизации методом закалки из жидкого состояния могут быть получены сплавы, содержащие следующие элементы:
Для типа металл-металлоид: B, C, Si, Al, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, Ag, Sn, Te, Hf, Ta, W, Ir, Pt, Au, Tl, La.
Для типа металл-металл: Be, Mg, Al, Ca, Ti, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Rh, Pd, Ag, Sb, Hf, Ta, Re, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, Dy, Ho, Er, Lu, Th, U.
По некоторым свойствам ряд аморфных металлов значительно отличаются от кристаллических того же состава. В частности, некоторые из них отличаются высокой прочностью и вязкостью, коррозионной стойкостью, высокой магнитной проницаемостью.
Существует множество способов получения металлических стёкол:
· Осаждение газообразного металла
· Вакуумное напыление
· Распыление
· Химические реакции в газовой фазе
· Затвердевание жидкого металла
· Закалка из жидкого состояния
· Нарушение кристаллической структуры твёрдого металла
· Облучение частицами
· Воздействие ударной волной
· Ионная имплантация
· Электролитическое осаждение из растворов
В оборонной промышленности при производстве защитных бронированных ограждений используются прослойки из аморфных сплавов на основе алюминия для погашения энергии пробивающего снаряда за счет высокой вязкости разрушения таких прослоек.
Благодаря своим магнитным свойствам аморфные металлы используются при производстве магнитных экранов, считывающих головок аудио- и видеомагнитофонов, устройств записи и хранения информации в компьютерной технике, трансформаторов и других устройств.
Низкая зависимость сопротивления некоторых аморфных металлов от температуры позволяет использовать их в качестве эталонных резисторов.
[ 5) Пластическая деформация. Рекристаллизация.]
Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних усилий. Деформации подразделяют на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положений равновесия; в основе пластических деформаций - необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.
Пластическая деформация в монокристалле осуществляется путем сдвига одной его части относительно другой. Сдвиг вызывают касательные напряжения, когда их значение превышает критическое τк. Имеется две разновидности сдвига: скольжение и двойникование. При скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой части вдоль плоскости, называемой плоскостью скольжения или сдвига. Скольжение — основной вид сдвига в металлах и сплавах. Деформация двойникованием представляет собой перестройку части кристалла в новое положение, зеркально симметричное к его недеформированной части.
По сравнению со скольжением двойникование имеет второстепенное значение. Роль двойникования возрастает, когда скольжение затруднено.
В ходе деформации кол-во дислокаций растет, с определенного момента дислокации начинают сталкиваться друг с другом, тормозиться. В результате пластичность материала уменьшается, прочность увеличивается.
Процесс накопления дефектов, приводящих к увеличению прочности и твердости – наклеп.
Пластическое деформирование идет при возрастающей нагрузке (выше Рупр), так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называют наклепом.
Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональности, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке роликами, при специальной обработке дробью.
Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.
Проволока-металл-ая нить,шнур, полученная путем протяжки через последовательно уменьшаемые отверстия.
Штамповка- изделие полученное в рез-те процесса пластической деформации материала с изменением формы и размеров.
Прокат- изделие полученное путем протаскивания заготовки между валами прокатного станка.
Поковка- изделие, полученное в рез-те обработки давлением, в основном сжатием, при которой материал уплотняется и ему придается необходимая форма.