необходимо воздействовать на все структурные уровни. При этом целостность системы выражается в необходимости восприятия как единого ряда факторов, регулирующих свойства, и иерархию структуры и технологии обработки. Но для сплошной среды, так же, как и для ансамбля частиц в термодинамике, характерно проявление свойств, не присущих одному из составляющих системы, т.е. нет простой аддитивности свойств [5]. В этом заключается важный практический вывод о том, что сведения об элементах, звеньях, подсистемах, уровнях структуры не могут дать полного знания о системе в целом.
Другой важный момент заключается во взаимосвязи физических свойств металла и его структуры [6, 7], т.к. структура может описываться свойствами, а свойства формируются структурой.
Таким образом, если принять качественно новое понимание структуры металла в виде иерархии уровней, то это существенно расширяет возможности исследователей в более точном понимании процессов и явлений, сопровождающих стадии получения литых деталей. При этом, исходя из нерасчлененности системы, качественно новым должен быть подход и к выбору технологических факторов, приводящих к оптимальным условиям формирования финишных свойств литого металла.
И, наконец, последнее замечание. Так как свойства металлов взаимосвязаны через их физическое и химическое строение, то представления об иерархии структур позволяют получить качественно новые знания и в этом вопросе.
1.1.2 Связь структуры и свойств отливок
Весомые результаты достигнуты в исследовании взаимосвязи свойств металлов и сплавов с их атомной, мезо- и субструктурой, а точнее с дефектами, которые характерны для данных структурных уровней [8]. На практике широко используется способность металла к деформированию, которая, как известно, зависит от плотности и подвижности дислокаций (дефекты мезоуровня). Увеличение плотности дислокаций до определенного предела улучшает пластичность металла, а, начиная с некоторого момента, увеличение плотности дислокаций приводит к упрочнению, что связано со взаимодействием дислокаций, возникновением стенок, “облаков‘’ и других препятствий движению дислокаций. Наличие различных препятствий движению дислокаций, например, малоподвижных добавок или мелкодисперсных выделений, увеличивает прочность металла.
Показано [9], что наличие точечных дефектов атомного структурного уровня в матрице ведет к возникновению в кристалле определенной структурной неупорядоченности и упругих искажений. Под внутренней адсорбцией [10] понимается явление возникновения и длительного сохранения концентрационной неравномерности распределения элементов под влиянием структурной неоднородности металла. Так, например, в зернах литых сплавов имеются искажения структуры, обусловленные наличием вакансий, дислокаций, размерами и ориентацией кристаллитов и другими дефектами. При этом дефекты структуры являются зонами напряженного состояния кристаллической решетки. В этих зонах наблюдается повышенный уровень свободной энергии, что и обусловливает перераспределение примесей и легирующих добавок в пределах одной фазы, одного зерна. Примеси, неравномерно распределяясь в объеме металлических отливок, изменяют свойства зон межкристаллитных сочленений, что приводит к изменению ряда механических характеристик отливок. Так, по данным работы [11], перераспределение малых добавок и примесей в результате внутренней адсорбции существенно влияет на кинетику процессов старения в алюминиевых сплавах. Кроме того, беспорядочно распределенные примесные атомы могут образовывать у дислокаций или в матрице скопления, заметно влияющие на механические свойства (например, приводят к возникновению зуба текучести в сплавах). Стивенсон отмечает [9], что важную роль в упрочнении сплавов играют дисперсные частицы и сопротивление сплава нарушению ближнего порядка.
Наличие в кристалле таких несовершенств, как вакансии, межузельные атомы и дислокации, способно изменять внутренние магнитные и электрические поля, которые воздействуют на валентные электроны, в результате чего изменяются такие структурно - чувствительные характеристики металла, как электропроводность, теплопроводность и предел текучести. Электропроводность существенно зависит от порядка размещения атомов в твердом растворе. Благодаря волновым свойствам электронов любое нарушение строгой периодичности в кристаллической решетке приводит к рассеянию свободных электронов проводимости и, следовательно, дает вклад в величину электросопротивления. А, значит, дислокации, вакансии, беспорядочно распределенные примесные атомы и дефекты упаковки увеличивают “остаточное“ электросопротивление сплава, на которое накладываются эффекты ближнего порядка в твердых растворах.
Известен метод физико-химического анализа, предложенный Н.С.Курнаковым, который связывает свойства сплава с особенностями диаграммы состояния [12]. Однако на практике предложенные зависимости между химическим составом, структурой и свойствами наблюдаются лишь в случае, когда структурные составляющие имеют сравнительно простую форму, не очень дисперсны, а сами испытания проходят при нормальной температуре. Кроме того в настоящее время известно много случаев, когда вследствие изменения одной только структуры при сохранении фазового состава свойства сплава меняются в самых широких пределах [13, 14]. Например, изменяя величину зерна, можно изменить сопротивление разрыву, ползучесть и твердость сплавов.
Сплавы с меньшим зерном обладают большим сопротивлением ползучести при низкой температуре, а сплавы с крупным зерном - при высокой. Особенно велики возможности по изменению свойств только за счет дисперсности и формы структурных составляющих в системах, состоящих из нескольких фаз. На твердость большое влияние может оказать также гетерогенность второго порядка или микрогетерогенность кристаллитов основы многофазных сплавов. Показано, что твердость на участках с крупным зерном для сплава АК4-1 на величину от 10 до 15 единиц по Бринеллю (НВ) может быть меньше, чем на участках с мелким зерном [14, 15], а потери мелкозернистых сплавов после коррозионных испытаний могут быть на порядок ниже, чем крупнозернистых [13, 16].
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.