Основные сведения о материалах (стр. 4 из 4)
Испытание на свариваемость производят для определения прочности сварного стыкового соединения. Сваренный образец подвергают изгибу (см. Рис. 6, а) на заданный угол а или испытывают на растяжение. Затем сравнивают прочности сваренного и несваренного образцов из испытуемого металла.
6. Строение металлов, сплавов и жидких расплавов
Металлы — простые вещества, обладающие свободными, не связанными с определенными атомами электронами, которые способны перемещаться по всему объемутела. Эта особенность состояния металлического вещества определяет собой свойства металлов.
Атомы металлов легко отдают внешние (валентные) электроны, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы. Электроны, освободившиеся от атомов, непрерывно хаотически перемешиваются по всему объему металла подобно молекулам в газах. Поэтому такие свободные электроны часто называют электронным газом. Свободные электроны, сталкиваясь во время движения с положительно заряженными ионами, могут на некоторое время снова соединяться с ними. В таких случаях положительно заряженные ионы превращаются в нейтральные атомы. Таким образом, металлы состоят из упорядочение расположенных в пространстве положительно заряженных ионов, перемещающихся среди них электронов и небольшого количества нейтральных атомов. Металлами являются алюминий, железо, медь, никель, хром и т. д.
Сплавы представляют собой системы, состоящие из двух или нескольких металлов или металлов и неметаллов. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов. Например, углеродистая сталь и чугун — сплавы железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой; бронза — сплав меди с оловом или другими элементами; латунь — сплав меди с цинком и другими элементами. В промышленности широко применяют сплавы, получаемые сплавлением составляющих с последующей кристаллизацией из жидкого состояния. Значительно реже— сплавы, получаемые спеканием порошков металлов и неметаллов.
Положительно заряженные ионы и нейтральные атомы в процессе кристаллизации металла или сплава из расплавленного (жидкого) состояния группируются в строго определенной последовательности, образуя кристаллические решетки — правильное, упорядоченное расположение атомов в элементарной ячейке. Кристаллические решетки характеризуются типом и размерами.
Кристаллические решетки у металлов и сплавов могут быть различных типов. Объемно-центрированные кубические (ОЦК) (Рис. 7, а) образуют железо Fea, хром Сг, молибден Мо и др. Гранецентрированные кубические решетки (ГЦК) (Рис. 7,6) образуют железо Fev . медь Си, алюминий А1, свинец РЬ и др. Гексагональную плотноупакованную (ГПУ) (Рис. 7, в) образуют цинк Zn, магний Mg, кобальт Со и др.
Рис. 7. Схемы кристаллических решеток:
а—объемно-центрированная кубическая (ОЦК). б — гранецент-рированная кубическая (ГЦК). в — гексагональная плотноупа-кованная (ГПУ)
Размеры или периоды решетки — расстояния aweмежду центрами атомов или ионов, находящихся в узлахрешетки, — измеряются в ангстремах (1А=10~10 м).
С изменением температуры или давления тип и период решетки могут изменяться, что приводит к изменению физико-химических свойств металлов и сплавов.
Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. В процессе кристаллизации положительно заряженные ионы, располагаясь последовательно в виде элементарных кристаллических решеток, образуют кристаллы в виде зерен (Рис. 8, а) или дендритов1 (Рис. 8,б). Образующиеся кристаллы растут, кристаллизуются из жидкого расплава сначала свободно, не мешают один другому, потом они сталкиваются и рост кристаллов продолжается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидкого металла. В результате первоначальная геометрически правильная форма кристаллов нарушается. В закристаллизовавшихся металлах и сплавах зерна и ден-дриты имеют неправильную, геометрически искаженную форму.
При нагревании поглощаемая металлами теплота расходуется на колебательные движения атомов и вследствие этого на тепловое расширение металла. При плавлении объем металлов увеличивается на 3...4%. С повышением температуры колебательные движения атомов или ионов возрастают, кристаллические зерна распадаются и сплав, проходя через твердо-жидкое состояние, превращается в расплав.
При переходе в расплав кристаллическая структура металла полностью не уничтожается. В расплаве всегда находятся мельчайшие участки, в которых сохраняется первоначальное, наследственное строение металла, близкое к кристаллическому. Кроме того, всегда присутствуют тугоплавкие частицы (остатки футеровки печи, при меси других элементов), которые могут образовывать дополнительные центры кристаллизации и вызывать на" чало кристаллизации. На искусственном создании центров кристаллизации в расплаве с одновременным изменением его скорости охлаждения основано управление кристаллизацией сплава с целью получения заданной структуры и свойств сплава в твердом состоянии.
Рис. 8. Схема кристаллизации сплава в виде зерен (а) и дендритов (б)
Список литературы
1) Геворкян В.Г. Основы сварочного дела - М.: Высш. школа, 1985. - 168 с., ил.
2) Материаловедение и технология металлов. - М.: Высшая школа, 2001. - 637 с
3) Курдюмов Г.В. Явление закалки и отпуска стали. - М.: Металлургиздат, 1960. - 64 с.
4) Лахтин Ю.М. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1993. - 448 с.
5) Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.
6) Зарембо Е.Г. Превращения в структуре и свойства стали. - М.: ВИИИТ, 1990
7) Стеклов О. И. Основы сварочного производства - М.: Высш. школа, 1986. - 224 с., ил.
8) Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов - М.: Машиностроение, 1973. - 408 с.