Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Зерна, дендриты, волокна, гранулы, порошки

14.11.2018

В реальном материале (сплаве) такие составляющие, как зерна, дендриты, волокна, гранулы, порошки, могут быть расположены различным образом, что и формирует его структуру.

Формирование структуры реальных металлов и сплавов (промышленных, экспериментальных) происходит во время последовательных технологических этапов получения изделия (детали) с заданными свойствами (рис. 3.4). После выбора химического состава сплава при традиционном способе изготовления проводят выплавку, разливку, деформацию (горячую и холодную), механическую обработку резанием, а также промежуточную и окончательную термическую обработку. На каждом технологическом этапе происходит изменение структуры материала — слитка, профиля, поковки и детали (изделия).

На каждом этапе формируется не идеальная (совершенная) кристаллическая структура, а искаженная, несовершенная. Это происходит по нескольким причинам. Реальный сплав состоит из множества монокристаллов, которые могут иметь различную форму (дендриты, зерна). Монокристаллы сложной древовидной, называют дендритами. Между дендритами существуют границы раздела, в которых кристаллическая решетка идеального кристалла искажена. Эти границы представляют собой поверхностные несовершенства (дефекты).

Внутри дендритов кристаллическая решетка также формируется неидеальной, поскольку в ней присутствуют посторонние плоскости, края которых являются линейными несовершенствами, называемые дислокациями.

Кроме дополнительных плоскостей, между основными узлами кристаллической решетки реального металла или сплава могут находиться посторонние атомы (междуузельные), а некоторые узлы могут быть вакантными, поскольку не заняты атомами. И междуузельные атомы, и вакансии представляют собой точечные несовершенства кристаллической структуры.

Таким образом, зерна, дендриты, несовершенства кристаллической решетки являются объектами структуры реального сплава, его структурными составляющими. Эти объекты периодически повторяются во всех частях сплава.

В зависимости от основного объекта структура может носить различные названия:

• дендритная структура, если объект — дендрит;

• зеренная структура, если объект — зерно;

• дислокационная, если объект — дислокация;

Технологии изготовления заготовок определяют формируемую структуру, которую принято называть:

• литая;

• деформированная;

• рекристаллизованная;

• отожженная;

иная.

В связи с тем, что объекты структуры имеют различные размеры, существует иерархия структурной организации материала:

• макроуровень — размеры структурных составляющих находятся в диапазоне значений 10в-3...10в-1 м; изучаемая структура называется макроструктурой.

• микроуровень — размеры структурных составляющих в диапазоне значений 10в-4...10в-7 м, изучаемая структура называется микроструктурой;

• субмикроуровень или наноуровень — размеры структурных составляющих в диапазоне значений 10в-7...10в-9 м; изучаемая структура называется тонкой структурой и наноструктурой соответственно.

Прямое наблюдение и идентификацию структуры (ее визуализацию) проводят с помощью микроскопического (металлографического) анализа, при котором используют специальные приборы — микроскопы.

Дендриты образуются в сплаве с литой макроструктурой при кристаллизации; их форма и структура различны в зависимости от условий затвердевания слитка (рис. 3.5, а). Древовидная форма кристалла обусловлена стесненными условиями роста вследствие неравномерного охлаждения слитка.

При одновременном росте многих дендритов происходит их соприкосновение, между ними образуется граница, форма дендритов искажается. Такие кристаллы называются кристаллитами (рис. 3.5, б).

При последующем деформировании слитка кристаллиты и неметаллические включения претерпевают изменения — вытягиваются вдоль направления деформации. При макроанализе заготовок с деформированной макроструктурой выявляют вытянутые образования — так называемые волокна (рис. 3.6).

Зерно — это кристаллит с определенной ориентацией кристаллической решетки в пространстве, который отделен поверхностью раздела от другого зерна. Фактически зерна представляют собой монокристаллы, различным образом ориентированные в пространстве металлического объекта (заготовки и детали) и разделенные границами (рис. 3.5, в). Сплав является конгломератом монокристаллов, поэтому называется поликристаллическим.

Зерна образуются на различных этапах производства деталей:

• при кристаллизации;

• при горячей деформации;

• при термической обработке.

Из зерен, по-разному ориентированных в пространстве, состоят все промышленные сплавы, получаемые по традиционной технологии (выплавка —> разливка —> деформация —> обработка, в том числе термическая). Зеренная структура сплава характеризуется размером и формой зерна.

Размер зерна служит количественной характеристикой зеренной структуры, средний его диаметр находится в пределах 2,7...250 мкм. При металлографическом анализе размер зерна оценивают в баллах (с увеличением в 100 раз) посредством сравнения наблюдаемой структуры с эталонной. Для оценки структуры стали приняты 14 эталонов (14-балльная система): каждый из баллов указывает на количество зерен в квадратном миллиметре шлифа, поэтому чем выше его значение, тем меньше размер зерна (ГОСТ 5639—78).

Сплавы и стали обычно подразделяют на крупнозернистые (балл зерна 1-6) и мелкозернистые (микрокристаллические) (балл зерна 7-14).

Форму зерна оценивают качественно: равноосная, вытянутая (ориентированная) (рис. 3.7). Для оценки анизотропии формы ориентированных зерен используют количественную характеристику — так называемый форм-фактор: коэффициент формы зерна l3/d3, который представляет собой отношение длины зерна к его ширине.

Гранулы — частица или нераздельный конгломерат частиц размером 1...10 мм. Гранулы получают при высоких скоростях охлаждения (10в3...10в5 К/с), когда расплав распыляют струей инертного газа или центробежным разбрызгиванием. При производстве гранул распыление расплава представляет собой один из способов перевода его в так называемый слиток, хотя размеры «слитка» (гранулы) чрезвычайно малы.

Порошки являются продуктом порошковой металлургии, включающей их производство, переработку и изготовление из них изделий. По сравнению с гранулами порошки (размером 50...200 мкм) затвердевают при более высоких скоростях охлаждения (10в5...10в6 К/с), которых достигают различными способами: распылением расплава, распылением вращающегося расходуемого электрода в инертном газе или вакууме и др. Путем смешивания, компактирования, спекания и последующей деформации из порошков и гранул формируют монолитные заготовки.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: