Другие предметы \ Материаловедение

Взаимосвязь между внешне проявляющимися свойствами материалов и их внутренним строением, страница 6

п

ОДОБНО тому как кристаллография создает основу для понимания кристалической структуры реальных материалов, термодинамика и ее законы позволяют получить сведения о том, что мы называем равновесным состоянием материала. Термодинамика изучает влияние внешней среды, в особенности давления и температуры, на равновесное состояние материала или любой другой системы. Законы термодинамики устанавливают связь между энергией системы и пара-

метрами состояния внешней среды.

ставе. Например, если создать в теле

Они описывают равновесное положе-

градиент температуры, последняя

ние системы или условия, при кото-

будет стремиться выровняться во

рых это положение изменяется. Рав-

всем объеме.

новесное состояние — это такое со-

Материал, представляющий собой

стояние материала, при котором его

смесь двух или более компонентов,

внутренняя энергия минимальна при

может состоять из двух или более

данной температуре, давлении и со-

фаз: гомогенных, физически различ-

4

СПЛАВ КРЕМНИЯ И АЛЮМИНИЯ, полученный обычным методом. (Увеличение х 385.) Отчетливо видны две фазы: светлый тон соответствует фазе, содержащей меньше кремния; она имеет типичную дендритную (древовидную) морфологию, образующуюся при охлаждении сплава с относительно низкой скоростью. Снимок сделан Т. Сандерсом-младшим из Университета Пардю.

БЫСТРООХЛАЖДЕННЫЙ сплав алюминия и кобальта. (Увеличение х 125 000.) Материал, затвердевший в виде ленты, охлаждался со скоростью около 1 млн. градусов в секунду. При такой скорости охлаждения времени на образование отдельных фаз не было, в результате чего получился материал в неравновесном состоянии. Он имеет только одну микрокристаллическую фазу. Перьевые образования — это микрокристаллы с неодинаковой ориентацией. Снимок сделан Т. Сандерсом.


ных и механически разделимых, как,йользуется в производстве ВЫСОКОКа-


можно получить, используя различные режимы тепловой обработки, этот металл находит столь широкое применение. Другие металлические сплавы, равно как и керамика, стекло и полимеры, также можно видоизменять, если использовать специальные методы обработки, направленные на придание им нужных свойств.

В основном именно за счет применения таких процессов обработки материалов, которые далеки от равновесных, появилось столь широкое разнообразие действительно новых (имеющих необычную атомную структуру) материалов, обладающих новыми свойствами и выступающих в новой для них роли. Один из простейших способов вывести материал из равновесного состояния заключается в том, чтобы чрезвычайно быстро охладить его.

В


1960 г. П. Дювец из Калифорнийского технологического института вместе с коллегами разработал метод охлаждения, в котором небольшое количество расплавленного металла разгоняется до большой скорости, а затем направляется на сильно охлажденную поверхность: металл ударяется об эту поверхность и разбрызгивается. Результаты эксперимента показали, что таким способом жидкие металлы можно охлаждать со скоростью порядка 10 ООО 0 С/с (при обычных способах скорость охлаждения составляет сотни, максимум до 1000 0 С/с) и что такая быстрая закалка придает металлу ряд новых свойстњ


На сегодняшний день разработано немало различных способов очень быстрого охлаждения. Во всех этих способах большая скорость отвода тепла достигается путем ускорения, сжатия или разбрызгивания расплавленного металла с последующим быстрым контактом с сильно охлажденной средой. При этом по меньшей мере в одном «измерении» быстро охлаждаемый твердый материал ограничен: его можно получить в форме порошка, ленты или отдельных пластин. В таком виде материал пригоден для некоторых специальных целей, например для магнитных запиСЬIВаЮЩИХ головок, изготавливаемых из быстроохлажденного ленточного или полосного металла. Однако в большинстве случаев отдельные гранулы или ленты приходится спрессовывать в более подходящие объемные формы.

Один из наиболее значительных эффектов, возникающих в результате быстрого охлаждения, — это изменение микроструктуры материала. На микрофотографии сплава, охлажденного при обычных скоростях, видны

Скачать файл