| Главная |
| Поиск по сайту |
Адрес этой страницы' ?>
<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>
I. ИЗМЕНЕНИЕ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ СТАЛИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.
1. ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И ПУТИ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ.
Как можно сравнить два металла по прочности? Очевидно, прочнее будет тот металл, который выдерживает более высокую нагрузку. Если испытывать на растяжение два образца из одной и той же стали, но разных диаметров, то, конечно, более высокую нагрузку выдержит образец, имеющий больший диаметр. Но если нагрузку, которую выдержал образец до разрушения, разделить на площадь его поперечного сечения, то результат для обоих образцов будет одинаковый. Величина, получающаяся от деления нагрузки на площадь поперечного сечения образца, называется напряжением. Поскольку нагрузка измеряется в килограммах, а площадь поперечного сечения — в квадратных миллиметрах (или в квадратных сантиметрах), то напряжение, получающееся от деления нагрузки на площадь, измеряется в кгс */мм2 или кгс/см2. Отсюда ясно, что сравнивать надо два различных металла не по нагрузке, которую они выдерживают при испытаниях, а по напряжению. Предельное напряжение, которое выдерживает данный металл до разрушения, называется пределом прочности. Этот предел измеряется, как и напряжение, в кгс/мм2 и обозначается σв. В справочниках для каждой стали приводится величина предела прочности.
* Нагрузка в килограммах обозначается буквами «кгс» в отличие от массы, которая обозначается буквами «кг».
Почему же разные стали, особенно после различных видов термической обработки, имеют разную прочность? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться, в чем заключается природа прочности металлов.
Одной из наиболее важных особенностей, отличающей металл от других материалов (пластмассы, дерева, бетона), является его пластичность или ковкость, т. е. способность под действием каких-либо сил изменять свою форму без разрушения и сохранять затем приданную форму. На этом свойстве основана обработка металлов давлением (прокатка, ковка и штамповка). Идеальный пример пластичного материала — глина.
Однако в отличие от нее металл обладает не только пластичностью, но и высокой прочностью. Деформация, остающаяся и после прекращения действия сил, называется пластической или остаточной. В отличие от этого существует упругая деформация, при которой металл под действием нагрузки изменяет свою форму, но после прекращения ее действия полностью восстанавливает первоначальную форму. Это можно наблюдать на примере работы пружины.
Во всех случаях при работе деталей машин пластическая деформация недопустима. В самом деле, представим себе, что при работе шестерни по каким-то причинам изогнулся (пластически деформировался) один зуб. Очевидно, при дальнейшем вращении шестерни этот зуб не сможет войти в зацепление, что нарушит нормальную работу или даже может стать причиной аварии.
Следовательно, металл тем прочнее, чем больше его сопротивление пластической деформации. Для того чтобы знать, каким путем можно повысить сопротивление такой деформации и таким образом увеличить прочность металла, необходимо выяснить, как же осуществляется пластическая деформация.
Металл имеет кристаллическое строение, т. е. состоит из большого количества плотно прилегающих друг к другу отдельных кристаллов (зерен). В каждом кристалле атомы располагаются в определенном порядке, образуя атомную решетку (рис. 1). Атомы, расположенные в одной плоскости, образуют так называемую атомную плоскость. Пластическая деформация металла происходит в результате пластической деформации отдельных кристаллов. В кристалле же деформация осуществляется путем сдвига (скольжения) по атомным плоскостям. Такой сдвиг, однако, происходит не сразу по всей плоскости, как, например, это можно наблюдать при сдвиге стопы монет.
Рис. 1. Атомная решетка
Вначале (рис. 2) плоскость 2 сдвигается в промежуточное положение, а плоскость 1 становится на ее место. Далее в промежуточное положение сдвигается плоскость 3, а плоскость 2 становится на ее место и т. д. Плоскость, находящуюся в промежуточном (нерегулярном) положении, называют дислокацией. Таким образом пластическая деформация в кристалле осуществляется как бы путем движения дислокации. Когда дислокация, двигаясь, выходит на край кристалла, в нем происходит сдвиг на одно межатомное расстояние. Одновременно друг за другом могут двигаться не одна, а сотни и тысячи дислокаций, и благодаря этому происходит сдвиг на конечные расстояния. Такое объяснение имеет экспериментальное подтверждение. Дислокации можно наблюдать с помощью электронного микроскопа. Отсюда можно сделать важный вывод: все то, что затрудняет движение дислокаций, препятствуя их перемещению, способствует повышению сопротивления пластической деформации, т. е. увеличивает прочность металла. Что же может препятствовать движению дислокаций? Это прежде всего любые искажения атомной решетки, которые обусловлены различными причинами. Такие искажения можно создать искусственно, например путем термической обработки. Это будет способствовать повышению прочности стали. Для того чтобы более полно уяснить себе этот вопрос, рассмотрим внутреннее строение (структуру) стали и влияние на нее термической обработки.
Рис. 2. Сдвиг в кристалле путем движения дислокаций