Кристаллизация металлов. железа и Аллотропия металлов.
Переход из жидкого состояния в жёсткое (кристаллическое) именуют кристаллизацией. Процессы кристаллизации зависят от температуры и протекают во времени, исходя из этого кривые охлаждения строятся в координатах температура-время (рис. 1). Теоретический, т. е. совершенный процесс кристаллизации металла без переохлаждения протекает при температуре Тs (рис. 1). При достижении совершенной температуры затвердевания Ts падение температуры заканчивается. Это разъясняется тем, что перегруппировка атомов при формировании кристаллической решетки идет с выделением тепла (выделяется скрытая теплота кристаллизации). Любой чистый металл (не сплав) кристаллизуется при строго личной постоянной температуре. По окончании затвердевания металла температура его опять понижается.
Рис. 1. Кривые кристаллизации металла при охлаждении с различной скоростью
Фактически кристаллизация протекает при более низкой температуре, т. е. при переохлаждении металла до температур Тn, Tn1, Тn2, (к примеру, кривые 1, 2). Степень переохлаждения (?T=Ts-Тn) зависит от природы и скорости охлаждения и чистоты металла. Чем чище жидкий металл, тем он более склонен к переохлаждению. При повышении скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что усиливает его уровень качества. Для большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в производственных условиях образовывает от 10 до 30°С. При громадных скоростях охлаждения она может быть около сотен градусов.
Кое-какие металлы (железо, титан, кобальт, цирконий и др.) при различных температурах имеют разные кристаллические решетки. Такое явление именуется полиморфизмом либо аллотропией. Процесс перехода из одного кристаллического строения в второе именуется полиморфным (аллотропическим) превращением.
Строение, получающееся в следствии полиморфного превращения, именуется аллотропической формой. Аллотропическая форма, устойчивая при более низкой температуре, обозначается индексом a, при более высокой – b, g и без того потом.
Температура, при которой происходит переход решетки из одного вида в второй, именуется температурой полиморфного превращения либо температурой перекристаллизации. Наряду с этим изменяются свойства металла (плотность, теплопроводность, теплоемкость и др.).
Аллотропические превращения при нагревании происходят с поглощением тепла, а при охлаждении с его выделением. Как при нагревании, так и при охлаждении аллотропические превращения происходят с некоторым запаздыванием. Так, превращение a – модификации в b – модификацию, происходящее при нагревании, будет в любой момент выше температуры превращения b в a, происходящее при охлаждении. Такое явление именуется гистерезисом.
Опробование металлов на твердость. Определение твердости способом викерса. Обозначение. Область применения.
Твердостью-именуется сопротивление материала проникновению в него другого тела, более жёсткого, не приобретающего остаточных деформаций.
Существуют следующие способы опробования твердости:
-способ Бринеля (вдавливание металлического шарика),
-способ Роквелла (вдавливание алмазного конуса либо металлического шарика),
-способ Виккерса (вдавливание алмазной пирамиды),
-способ определения микротвердости,
-способ Шора (способ упругой отдачи).
Твердость по Виккерсу – это твердость материала, вычисленная из размера отпечатка, произведенного нагружением алмазной пирамидки индентора. Индентор, используемый в тестах по Виккерсу, это пирамидка с квадратным основанием, противопложные стороны которой сходятся на вершине под углом 136º. Бриллиант продавливает поверхность материала при нагрузках примерно 120 кгс, а размер отпечатка (в большинстве случаев не более 0.5 мм) измеряется на калиброванном микроскопе. Число Виккерса (HV) рассчитывается по формуле:
HV = 1.854(F/D2),
где F приложенная нагрузка (измеренная в кгс), а D2 площадь отпечатка (измеренная в квадратных миллиметрах).
Приложенная нагрузка в большинстве случаев определяется при приведенном HV. Тест по Виккерсу надежен для измерения твердости металлов, и употребляется для керамических материалов. Способ опробований по Виккерсу похож на тест по Бринеллю. Правильнее чем применение индентора типа металлического шарика по Бринеллю, где нужно рассчитывать площадь сферы отпечатка, устройства по Виккерсу применяют пенетратор в форме квадрата с заостренными финишами, т.е. имеет внешний вид игральной карты «бубны». Индентор по Виккерсу 136-градусный алмазный конус с квадратным основанием, алмазный материал индентора имеет преимущество перед вторыми инденторами, т.к.. он не деформируется с течением времени и применения. Отпечаток от пенетратора по Виккерсу это чёрный квадрат на ярком фоне. Отпечаток по Виккерсу легче «считается» по площади, чем круглый отпечаток по способу Бринелля. Как и по Бринеллю , число Виккерса рассчитывается делением нагрузки на площадь поверхности отпечатка (H = P/A). Нагрузки варьируется от 1 до 120 килограмм.
Для исполнения теста по Виккерсу пример помещается на наковальню, которая имеет резьбовое основание. Наковальня поворачивается вверх до тех пор, пока не подойдет прикасаясь к индентору. Стартовый рычаг активируется, и нагрузка понемногу прикладывается к индентору. После этого нагрузка сбрасывается, и наковальня с примером опускается. сбрасывания нагрузки и Процесс приложения контролируется машинально. Пара нагрузок дают фактически аналогичные значения твердости на однообразном материале, что значительно лучше, чем произвольное изменение шкалы на вторых твердомерах. Филярный микроскоп поворачивается над примером для измерения квадратного отпечатка с допуском плюс/минус 1/1000 миллиметра. Измерения, сделанные по диагоналям квадратного отпечатка, усредняются.
Верное обозначение по Виккерсу – это число, за которым направляться HV (Твердость Виккерса). Преимуществом измерений твердости по Виккерсу есть то, что смогут быть сделаны весьма правильные считывания да и то, что лишь один тип индентора употребляется на всех исследованиях поверхности и типах металлов.