При наличии таких дефектов зерно (кристаллит) разделяется на блоки в виде микромозаичной структуры (рис. 38).
При переходе сплава из жидкого состояния в твердое происходит усадка, т. е. уменьшение удельного объема зерен кристаллов. В результате усадки между зернами кристаллов в местах соприкосновения растущих дендритов в междуосных пространствах возникают микропустоты. Пустоты могут заполняться неметаллическими включениями (фосфидами, сульфидами и т. п.) или оставаться в виде раковин, микротрещин, пустот. Такие включения становятся центрами развития трещин, надрывов при приложении нагрузки или нагреве.
Характеристика свойств металлов и сплавов
В настоящее время известно 65 металлов. Но чистые металлы применяют редко, в основном в технике применяются сплавы. Например, сплав железа с углеродом насчитывает более 12 000 железных сплавов, главным образом сталей.
Все металлы и сплавы обладают свойствами, которые разделяют на:
• механические свойства;
• физические свойства;
• химические свойства;
• технологические свойства;
• эксплуатационные свойства.
Механические свойства металлов и сплавов
Основные механические свойства:
• прочность;
• пластичность;
• твердость;
• ударная вязкость.
Приложение внешней нагрузки вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.
Напряжение – это нагрузка (сила), отнесенная к площади сечения материала.
Деформация – это изменение форм и размеров при приложении внешних сил.
Деформация может быть упругой, т. е. исчезающей после снятия нагрузки, или пластической, т. е. остающейся после снятия нагрузки.
Прочность – способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению при воздействии внешних сил статического или динамического характера. Прочность определяют с помощью специальных механических испытаний образцов, изготовленных из исследуемого материала.
Пластичность – способность материала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения. Пластичность характеризуется относительным удлинением при разрыве.
Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого тела. Твердость тесно связана с прочностью.
Ударную вязкость оценивают при динамических испытаниях.
Физические свойства металлов и сплавов
К физическим свойствам металлов и сплавов относятся:
• температура плавления;
• плотность;
• температурный коэффициент;
• электросопротивление;
• теплопроводность.
Физические свойства металлов и сплавов обусловлены их составом и структурой.
Химические свойства металлов и сплавов
К химическим свойствам относится способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами.
Технологические свойства металлов и сплавов
Технологические свойства – это способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки.
У металлов и сплавов такими свойствами являются:
• литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и т. п.;
• деформируемость – способность принимать форму под нагрузкой без разрушения;
• свариваемость – способность образовывать сварное (неразъемное) соединение требуемого качества;
• обрабатываемость режущим инструментом.
Эксплуатационные свойства металлов и сплавов
Эксплуатационные, или служебные, свойства металлов и сплавов определяются условиями работы машин или конструкций, изготовленных из этих материалов.
В зависимости от условий работы выделяют:
• коррозионную стойкость – сопротивление действию агрессивной среды;
• хладостойкость – сохранение свойств пластичности при температуре ниже 0 °C;
• жаропрочность – сохранение механических свойств при высоких температурах;
• жаростойкость – способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах;