Основные сведения о сплавах металлов (основы общей технологии металлов)
Описание технологических процессов литья
Литье в одноразовые формы
Литье в полупостоянные формы
Литье в металлические формы
Полунепрерывное литье
Специальное литье
Литье неметаллических материалов
Дефекты отливок
Термообработка металлов и сплавав
Правила безопасности в литейном производстве
Общие правила безопасности для металлургических предприятий
Современные технологии металлургии
Организация производства в промышленности.
Представление об устройствах и принципах действия автоматических систем.
Общие сведения из технической механики
Чтение чертежей
Общие сведения из электротехники
Фото галерея литейщика
Общие правила устройства электроустановок
Канализация электроэнергии
Безопасность несущих конструкций
Электробезопасность производства
Трубопроводы
ПОТ при эксплуатации электроустановок
Межотраслевые правила по охране труда в литейном производстве
Правила по охране труда при выполнении кузнечно-прессовых работ
Правила по охране труда при холодной обработке металлов
Карта сайта
Популярная металлургия
 
 

 

Структура металлов и сплавов

Структура металлов и сплавов.

Наблюдаемое кристаллическое строение металла или сплава называют структурой. Крупное строение металла, видимое невооруженным глазом или при помощи простейшего оптического прибора - лупы, называют макроструктурой. Макроанализ применяют для выявления в металле величины, формы и расположения зерен, дендритности или волокнистости строения, ликвации серы и фосфора, усадочной рыхлости, пустот и трещин.

Строение металла рассматривают по специальным образцам - микрошлифам. Вырезанный образец шлифуют на наждачной бумаге, затем протравливают в химических реактивах, действие которых основано на способности по-разному растворять структурные составляющие, а также выявлять микропоры, трещины и другие дефекты в металле.

Мелкое строение металла, невидимое невооруженным глазом, называют микроструктурой. 

Микроанализом исследуют структуру металла при помощи металлографического микроскопа. Впервые микроанализ для исследования структуры закаленной стали применил в 1831 г. П.П. Аносов, и сейчас этот метод оказывает большую помощь промышленности. Микроанализ позволяет не только определить структуру металла в литом отожженном состоянии и после различных видов термической и химико-термической обработки, после внешних механических воздействий (наклеп дробью, обкатка роликами и др.), но и установить качество металла - загрязненность его неметаллическими включениями (сульфидами, оксидами), величину зерен, глубину цементованного слоя и т. д.

Для исследования микроструктуры берется небольшой микрошлиф, вырезаемый из  испытуемого материала, одну сторону которого шлифуют, полируют и затем подвергают травлению реактивом - 4-процентным раствором азотной кислоты в этиловом спирте. Выявление структуры производят в результате различного травления отдельных составляющих и различной их окраски. Цель травления - искусственно вызвать в металле неодинаковое отражение света различными структурными составляющими или получить резкие границы, отделяющие одно зерно от другого.  Наряду с обычными микроскопами в настоящее время для глубоких исследований металлов применяют электронный микроскоп, в котором вместо световых лучей используются электронные. Электронный микроскоп позволяет изучать металл при увеличении до 200 тыс. раз. 
Строение стального слитка.
В металлургическом производстве выплавленную в конверторах или мартеновской печи сталь заливают в металлические формы, называемые изложницами. Залитая в изложницы сталь охлаждается неравномерно. В местах, соприкасающихся со стенками изложницы, сталь быстро охлаждается, затвердевая в виде мелкозернистой плотной корки (1). По направлению к центру слитка охлаждение происходит медленнее, в результате чего образуются длинные столбчатые кристаллы, располагающиеся перпендикулярно стенкам изложницы (2). В центральной (осевой) части слитка (3) охлаждение происходит еще медленнее. Эта часть слитка состоит из равноосных кристаллов, расположенных беспорядочно, и мелких древовидных кристаллов - дендритов (4). Дендриты возникают из-за недостатка жидкого металла для образования сплошного кристалла. В верхней части слитка образуется усадочная раковина (5).
Строение стального слитка

Центральная часть слитка застывает позже остальных и в ней сосредоточивается значительное количество серы, фосфора и других примесей, ухудшающих механические свойства стали. Сердцевина слитка обладает и другим недостатком - она менее плотна, чем наружная часть.

К наиболее часто встречающимся дефектам стального слитка относятся: усадочные раковины, ликвация, флокены, газовые пузыри, неметаллические включения и т. п.

Усадочная раковина представляет собой полость, образующуюся при затвердевании слитка в результате сокращения в объеме. Эта часть слитка, составляющая 12-20%, идет в отходы. Остальную часть металла применяют для различного вида проката - листов, штанг, труб, проволоки, тавровых профилей и т. п.

Ликвация - это неравномерное расположение химических элементов в слитке. Ликвацию в большинстве случаев устраняют длительным отжигом при высокой температуре нагрева.

Газовые пузыри представляют собой пустоты, имеющиеся в различных местах слитка. Они обычно образуются в середине слитка или под коркой.

К  неметаллическим включениям относятся кристаллики окиси алюминия, силикаты (кварц, стекло), печной шлак и др. Неметаллические включения нарушают сплошность стали и часто приводят к образованию трещин, особенно в процессе термической обработки.

Флокены - это маленькие нитевидные трещины, дающие в изломе металла белые пятна. Концентрация напряжений в флокенах может привести к усталостному излому. Флокены образуются в результате растворения в стали водорода. Это серьезный вид дефекта стали и его практически невозможно исправить.

Строение и свойства стали после горячей деформации. При ковке, штамповке и прокатке стальных слитков неоднородность структуры не исчезает. На поверхности кованых и катаных заготовок металл наиболее плотен, чист и прочен, а сердцевина имеет некоторую пористость и рыхлость.

При обработке стальных слитков давлением дендриты разрушаются и вытягиваются в направлении деформации. Поэтому кованая и катаная сталь состоит из длинных волокон чистого металла (оси дендритов) и металла, загрязненного неметаллическими включениями (междуосные пространства).

В каждом прутке и листе волокна строго ориентированы в направлении проката. Металл неравнопрочен относительно направления в нем этих волокон. Эта неравнопрочность проявляется главным образом при ударных нагрузках. Например, при испытании на сопротивление удару образцы, взятые поперек оси прутка, имеют ударную вязкость значительно меньшую, чем образцы, взятые вдоль оси проката.

Волокнистое строение, полученное при обработке металла давлением, сохраняется и при последующей обработке. Искусственно создавая то или иное расположение волокон в детали, можно изменять его прочность по различным направлениям. Головка болта, полученная в горячем состоянии на высадочной машине, значительно прочнее связана с его стержнем, чем головка того же болта, полученная токарной обработкой.

Детали с повышенной прочностью изготовляют таким образом, чтобы волокна металла описывали конфигурацию детали, и она испытывала напряжение в ответственных местах не вдоль волокон, а поперек. Например, в кованых зубчатых колесах требуется радиальное расположение волокон, а в кольцах подшипников - тангенциальное.

 
 
 
 

 
   
 
 
Реклама