1. Атомно-кристаллическое строение металлов.

Атомы, из которых состоят материалы, могут распределяться беспорядочно (аморфное строение) или же располагаться в пространственной решётке по определённым законам (кристаллическое строение). Среди аморфных материалов наряду с естественными соединениями (кварцевое стекло, янтарь) особое значение имеют искусственные (искусственные смолы, замазки, стёкла, керамические массы). Связь между молекулами аморфных веществ обусловливается силами, действующими между ионами. Можно вводить посторонние вещества (наполнители) в матрицу основного материала. Аморфные вещества не имеют определённой точки плавления; при повышении температуры они размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние. Кристаллические материалы редко встречаются в виде хорошо огранённых правильных кристаллов. При отвердевании из расплава образуется из отдельных кристаллических зародышей множество групп кристаллов (кристаллитов), что препятствует возникновению правильной внешней формы всего кристалла. Связь между тесно соприкасающимися гранями отдельных кристаллов осуществляется посредством сил сцепления, так что границы кристаллов не должны рассматриваться как поверхности раздела. Излом в таком поликристалле в большинстве случаев происходит по самим кристаллитам (внутрикристаллитный), а не по границам кристаллитов (межкристаллитный). Кристаллиты образуются беспорядочно, одновременно во многих участках расплава; поэтому в поликристаллическом материале, рассматриваемом как целое, не устанавливается зависимость свойств кристаллов от определённого направления; таким образом, материал в целом ведёт себя одинаково в трёх пространственных направлениях (квазиизометрия).

2. Методы изучения структуры металлов.

Механико-технологические свойства материала зависят от характера воздействия на него (растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение), от вида напряжённого состояния (одноосевое, многоосевое), от характера нагрузки (статическая, динамическая,), от количества перемен нагрузки (единичная, многократная) и от температуры (комнатная (20°С), холод, нагрев). Для определения соответствующих параметров, характеризующих материал, применяются специальные методы испытания материалов. Материалы исследуются также относительно удовлетворения особым требованиям (износ, кавитация, эрозия, коррозия, обрабатываемость на станках, поведение при взрывах). При некоторых обстоятельствах оказывается необходимым подвергать испытаниям готовые детали как целое в связи с тем, что форма может оказывать значительно влияние на прочность.

Наиболее распространёнными статическими испытаниями на твёрдость являются испытания по Бринелю (рис. 3), по Виккерсу (рис. 4) и по Роквеллу

3. Плавление и кристаллизация металлов.

Скорость процесса кристаллизации и строение металла после затвердевания зависят от числа зародышейч.з. (центров кристаллизации), возникающих в единицу времени и в единице объема, то есть от скорости образования зародышей [1/см3с] и скорости роста с.р. зародышей (увеличения линейных размеров растущего зародыша в единицу времени (мм/с). Чем больше скорость образования зародышей и чем больше скорость их роста, чем выше эти факторы, тем быстрее протекает процесс кристаллизации. Зерно металла (его размер) влияет на пластичность и вязкость. Чем меньше размер зерна, тем выше эти свойства у металлов.

Над кривой ликвидуса L находится область расплава, под кривой солидуса S – область твердого раствора, между ними – область кристаллизации.

Если охлаждать расплав, отвечающий по составу вертикали , до точки , отвечающей температуре , то начнут выпадать кристаллы состава . При охлаждении от точки до точки кристаллы приобретают состав, отвечающий точке , а расплав – точке . По мере охлаждения состав кристаллов изменяется по кривой , а состав расплава – по кривой . В точке при расплав окончательно кристаллизуется. Отношение количеств выпавших кристаллов и расплава равно отношению отрезков по так называемому «правилу рычага».