> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Следовательно

Следовательно

Следовательно, величина зерен, образующихся при затвердевании и кристаллизации С., находится в непосредственной зависимости от условий затвердевания и охлаждения и может быть получена большей или меньшей для одной и той же С. Но, олографии, образуя большее или меньшее количество отдельных замкнутых объёмов с одинаковым оаспеложением кристаллических осей элмен-тарных кристалликов. Поверхности соприкоснове

Фигура 6. Поперечный разрез кристалла стали (по И. //. Беляеву).

пограничной поверхности; во-вторых, по тому тонкому пограничному слою, который неизбежно должен образоваться для заполнения промежутков между соседними кристаллами, принадлежащими к различным зернам В разрезе эти тонкие пограничные прослойки между зернами дают рисунок некоторой сетки большей или меньшей величины. Количество и величина зерен, заполняющих данный объём металла, зависят от количества первоначальных зародившихся элементарных кристал ликов, называемых в этом случае „центрами кристаллизации““, вокруг которых происходит нарастание новых зарождающихся кристалликов с сохранением направления осей кристаллизации первоначальных кристалликов, вплоть до встречи с кристалликами иной ориентации, нарастающими вокруг ближайшего соседнего центра кристаллйза-ции. Механизм нарастания кристалликов и образования зерен хорошо иллюстрирует схема фигура 10, разработанная проф. IV. Ro enhainoM.

другой стороны, построение С. из зерен крупных или мелких не может не отразиться на механических свойствах всего объёма С., так как общая величина каждого отдельного свойства суммируется из 1) свойств отдельных нормально построенных кристалликов, расположенных внутри каждого отдельного зерна, и 2) свойств ненормально построенных кристалликов пограничного слоя между отдельными зернами (существует и имеет своих сторонников гипотеза, предполагающая аморфное некристаллическое скопление частиц металла в пограничном между зернами слое). Изменение величины зерен изменяет соотношение между количеством

Фигура it. Зернистое строение медленно затвердевшей стали. Увелич. 1,6 раза.

нормально построенных и ненормально построенных кристалликов (или аморфного металла) и тем самым оказывает существенное влияние на величину каждого в отдельности механического свойства всего объёма С. в целом.

Весьма показательны и интересны в этом отношении результаты опытов//. 7. Angus и P.F. Sum-

mcrst установивших прямолинейную (фигура 12)зависимость между твердостью металла (медь) и величиною поверхности всех зерен, образующих испытываемый объём металла, в то время как зависимость того же свойства твердости от величины самих зерен металла выражается некоторой более //м2. 13. Зависимость между вели- сложной кривой чиной поверхности зерен металла линией парабо-(кв. миллиметров./кб. миллиметров.) и тведостью ме- лического типа, талла (по Angus и Summers). Общеизвестен факт большой хрупкости

С., обладающей крупнозернистым кристаллическим строением“ обратно, С. считается тем лучше обработанной, чем мельче величина ее кристаллических зерен.

у. физическое строение С. Современное физическое учение о природе и строении кристаллических тел заставляет нас представлять себе каждый объём С. построенным из отдельных атомов, расположенных в форме кристаллической решетки. Вид, форма и основные размеры решетки—различны для различных тел. Расположенные в решетку атомы связываются между собой силами двоякого рода: 1) силами, стремящимися удержать и сохранить определенную форму решетки—силы упругости, и 2) силами, стремящимися противодействовать увеличению расстояний между отдельными атомами и разъединению их—силы прочности. Совокупность тех и других сил является главнейшим фактором, предопределяющим основные механические свойства металла: его упругость и прочность.

Но так как С.—тело сложное, составленное из отдельных элементов, твердых растворов и определенных соединений, то при установлении величины междуатомных сил черезвычайно важным обстоятельством является существование сил сцепления различной величины,свойственной каждому отдельному телу, участвующему в построении определенного объёма С. Присутствие атомных построений с более низкими силами сцепления, относительное количество такой слабой в механическом смысле структурной составляющей ие может не отразиться на общей суммарной величине того или иного свойства куска С. Но не только одно присутствие тела с иными силами сцепления атомов представляется имеющим такое определяющее значение. Не менее важно также развитие сил сщпления в областях пограничных, где конечные предельные атомы одного кристаллического построения соприкасаются близко с такими же предельными атомами другой по форме кристаллической решетки.

Фигура I). Твердые неметаллические включения в стали (Ув. 500).

В пограничной области могут действевать силы сцепления разнородных атомов: а) либо превышаю“ щие силы сцепления однородных атомов каждого из соприкасающихся тел, б) либо промежуточные между силами сцепления соприкасающихся тел, в) либо более низкие, чем силы сцепления соприкасающихся тел. В первом случае наблюдается явление, аналогичное явлению капиллярности, смачивания, и происходит несомненное усиление всего сложного тела, построенного из разнородных кристаллических образований (пример—карбид железа и железо в С.); в последнем случае, наоборот, происходит не усиление, а более или менее значительное ослабление сложного тела, зависящее ое абсолютной величины сил сцепления в пограничных областях (пример, сернистые металлы, окисл-ч металлов, с одной стороны, и железо, с другой, в С.). Подобного рода пониженные силы сцепления в пограничных областях могут быть отмечаемы всегда, когда в С. попадаются так называемым твердые неметаллические включения, шлаки, сер“ нистое железо, сернистый марганец, закись же“ леза, закись марганца, окись алюминия. Такое включение можно видеть на фигуре 13, изображающей при увеличении в 500 раз строение С., применяемой для изготовления лопат: на общем однообразном фоне весьма резко выделяются темные полоски вытянутых при прокатке неметаллически! включений.

Еще более нежелательными особен! сетями строения С. являются всевозможные случаи нарушения непрерывности строения С. Сюда относятся случаи: мелкие, часто даже микроскопические пустоты, образующиеся в С. как пузырьки, наполненные газом, или как раковинки при застывании жидкой С.; мелкие внутренние трещинки, разрывы и надрывы, образующиеся при слишком быстром нагревании С., при волочении стальной проволоки, при долговременной работе стального изделия. Присутствие в С. хотя бы и черезвычайно малых по размеру пространств, не заполненных кристаллическими решетками, неизбежно создает напряженное состояние в слое атомов, окружающем незаполненное пространство, в сильной степени понижающее прочность всего объёма, вследствие легкости разъединения напряженных атомов этого слоя и образования трещин больших размеров.

Немаловажное влияние на свойства С. оказывает также и характер расположения в С. атомов углерода, главнейшей и неизбежней примеси железа. Углерод, растворенный в железе, не может вызывать разнообразия сил сцепления и потому в сильной степени содействует повышению качеств С. Углерод, соединенный с атомами железа, образует тело, обладающее весьма большими силами сцепления с прилегающими атомами железа, и в этой форме содействует возрастанию прочности С. Углерод, существующий самостоятельно (графит в чугуне, аморфный углерод в С.), наоборот, по характеру сил сцепления с железом может быть отожествлен с группой неметаллических включений и, следовательно, в такой форме способен сильно понижать прочность металла.

Т. обр., существование: а) разнообразных сил сцепления однородных атомов, б) разнообразных сил сцепления разнородных атомов, в) возможность случаев нарушения непрерывности строения металла—все эти обстоятельства, характеризующие физическое строение С., являются в то же время причинами черезвычайного разнообразия свойств С. даже при одном и том же химическом ее составе-

4. Механическая неоднородность С. Помимо тех сил сцепления, которые действуют между атомами тел, составляющих какой-либо объём С., и являются основным фундаментом физического строения С„ в различных изделиях, изготовляемых из С. путем заводской обработки, связанной с изменением формы металла в горячем состоянии (прокатка, ковка), с нагреванием металла до различных температур и охлаждением от этих температур с различной быстротой (после ковки, при закалке), внутри металла могут возникать новые силы, направленные обычно противоположно силам сцепления; эти силы могут быть приблизительно охарактеризованы теми новыми добавочными напряжениями (отношение величины силы к площади сечения, в котором действует сила), которые возникают в некоторых частях объёма металла обрабатываемого изделия и носят название скрытых“ или „внутренних“ напряжений.

По отношению к силам сцепления эти скрытые напряжения могут быть: а) более низкими по величине—в этом случае получается лишь ослабление прочности изделия на величину, соответствующую величине скрытых напряжений; б) превышающими силы упругости металла, но не постигающими все же величины сил прочности (прочного сцепления атомов)—в этом случае скрытые напряжения вызывают явление как бы самопроизвольного изменения формы металла, называемого в заводской практике обычно „короблением““, в) почти достигакщими величины сил прочного сцепления частиц металла в наиболее слабых местах— в этом случае происходят явления как бы самопроизвольного растрескивания или раскалывания изделия даже при спокойном хранении его на складе,—подобного рода случаи раскалывания не редки на складах инструмента; наконец, г) превышающими величину сил прочного сцепления частиц металла — тогда образуются немедленно же трещины, разлетание изделия на части, откалывание каких - либо частей изделия и тому подобное.

Присутствие в материале какого-либо изделия скрытых напряжений может быть подтверждено или разрезкою изделия или снятием части материала обработкою на станках. Напр., при вырезке из паровозного бандажа небольшого куска длиною около 10О миллиметров. наблюдается часто схождение концов бандажа после вырезки, причем самое расстояние между этими концами уменьшается на 50—60 миллиметров. Затем, при разрезке на части прокатанной полосы рессорной С., вытачивании небольших образцов для испытания на разрыв и долговременном хранении этих образцов неиспытанными (зав. „Красный Путиловец“) было замечено через сутки сильное самопроизвольное искривление двух образцов. Искривление это медленно и очень немного возрастало в течение первой недели хранения,затем осталось постоянным и более не изменилось в течение трех лет. Вид искривленных образцов представлен на фигуре 14. Повторение опыта дало те же самые результаты. Опыт этот иллюстрирует харак-тернуючерту скрытых напряжений: крайнюю неравномерность их распределения в теле изделия; на ряду с частями объёма, свободного от скрытых напряжений, где, следовательно, полностью проявляются силы прочности и упругости металла, в изделиях существуют известные центры развития скрытых напряжений, часто превышающих по величине силы упругости металла; внешнее проявление действия этих скрытых напряжений временно сдерживается силами упругости ненапряженных частей металла, удаление которых заставляет немедленно проявить себя имеющимся скрытым напряжениям, изменяющим внешнюю форму металла.

Присутствие в металле скрытых напряжений черезвычайно сильно влияет ьа свойства металла в изделиях, а следовательно, служит значительным фактором разнообразия свойств С. одного и того жо состава, одного и того же строения, в одном и том же изделии. Особенно важное значение приобретает этот фактор в деле испытания материалов, при установлении доброкачественности С. в изделиях, при самой приемке изделий, изготовленных заводами.

Л. КЛАССИФИКАЦИЯ СОРТОВ С. В основу классификации сортов С. может быть положен один из следующих двух принципов: 1) назначение С.; 2) состав С. и ее происхождение. В виду многочисленности и черезвычайного разнообразия сортов С. обычно приходится пользоваться и тем и другим принципами классификации совместно.

I. Классификация сортов С. по назначению. По назначению все сорта С. метальных сплавов могут быть разделены на четыре обширные группы: 1) С. строительная; 2) машиноподелочная С.; 3) инструментальная С. и 4) С. и стальные сплавы особого назначения. .

К первому классу относится С. мостовая, железнодорожная, балочная всех профилей, судостроительная и тому подобное. Ко второму классу-осевая, бандажная, рессорная, пружинная, подшипниковая, автомобильная, тракторная, аэропланная, артиллерийская, турбинная и тому подобное. К третьему классу — инструментальная углеродистая, инструментальная специальная, быстрорежущая, штамповая, волочильная, калибровая, ножевая, напильниковая, буровая и так далее Четвертый класс С. может быть в свою очередь разделен на многочиспенные разряды, главнейшими из которых являются: С.,

Фигура 14. Образцы, выточенные из полосы рессорной стали и самопроизвольно изогнувшиеся в течение одной недели.