Вероятно, вам приходилось слышать, что структура любого металла представлена зёрнами. Это не те зёрна, которые клюют куры и едят мыши.
Если распилить металлический образец, отшлифовать его и посмотреть на это творение в микроскоп, то увидишь зернистую структуру. Она так называется за общий схожий внешний вид зерна для курицы и элемента структуры.
По параметрам зерна можно сделать выводы о свойствах металла, с которым мы имеем дело. Например, размер и количество в единице объема определяют самые разные механические свойства, начиная от твёрдости и заканчивая способностью к пластической деформации. Поэтому, эти элементы и изучаются материаловедами. Основная задача - это научиться управлять структурой, которая потянет свойства за собой.
Но помимо того, что вы уже слышали про зёрна, вы наверняка уже слышали и про кристаллическое строение металлов. Большинство металлов в обычных условиях имеют кристаллическую структуру. А кристаллическая структура имеет вот такой вид.
Тогда, если распилить металл, то по здравой логике мы должны увидеть никакие ни зёрна, а кубики. Что-то типа армированного бетона. Мы же видим картинку, эквивалентную высохшей пустыне.
На самом деле так и есть! Металл действительно состоит из кристаллов, при этом кристаллы имеют характерные кристаллические решетки. Ну а из них построены зерна. Разница лишь в том, что зерна крупные и их видно даже в оптический микроскоп, а кристаллики видно в электронный микроскоп. Размеры очень сильно различаются. В итоге зёрна металла состоят из кристаллов. Поэтому, не следует путать такие понятия, как микроструктура и кристаллическая структура.
Когда мы смотрим в оптический микроскоп и видим эти странные зернистые структуры, то нужно понимать, что это наблюдается поликристаллическое тело. Или тело, состоящее из группы множества кристаллов, соединенных друг с другом.
Каждое зерно - это кристалл. "Группа" кристаллических решеток, объединенных в единое целое и образовавшее в итоге зерно. Кристалл обладает определенной кристаллической решеткой, характерной для этого материала. Зерна или кристаллы имеют самую различную форму и размеры, но преимущественно они выглядят примерно одинаково. Если мы распиливаем такой кристаллик, то как раз и получаем сечение, наблюдаемое в микроструктуре. Выходит что-то среднее между овалом и многогранником. Посмотрите на это зерно не в оптический микроскоп, а в электронный, и увидите, что зерно имеет кристаллическую решетку, которая образована стандартными элементами кристаллических решеток.
Хитрая форма зерна, которая далеко не всегда правильная, объясняется тем, что кристаллическая решетка имеет совсем незначительные размеры и нам кажется, что зерна имеют плавную границу. На самом же деле, если увеличить границу зерна, то она будет ступенчатая при больших масштабах. Ведь на первый взгляд кажется, что если зерно построено из "кирпичиков", то оно должно быть и угловатым.
Многозернистость получается в результате того, что при формировании металла появляется множество центров кристаллизации, вокруг которых и начинают расти кристаллики. Энергетическая выгодность каждого из процессов определяет и наличие множества маленьких кристаллов, вместо одного большого. Кристаллик растёт и пока энергии на рост хватает, зерно увеличивается в размерах. Когда энергия израсходована, то рост останавливается. Зернышки располагаются друг от друга на близком расстоянии и растут не всегда равномерно. Так получается, что они контактируют и на механическом уровне, и оказывают друг на друга влияние на атомарном уровне. Между зернышками образуются связи на уровне притяжения атомов и образуется целый материал. Разорвать такие связи очень сложно, но всё же иногда получается. Если посмотреть на изломы материалов в микроскоп, то можно увидеть иногда прямо-таки вырванные зерна. Особенно, если зерна эти крупные.
Границы зерен - это вечная зона различной аномальщины. По сути дела - это дефект. Там наблюдаются проблемы с прохождением электрического тока, там выделяются различные второстепенные фазы, ну а заодно там меняются механические свойства и обычно не в лучшую сторону. Напрашивается каждый раз растить монокристалл, но это уже совсем другая история :)
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----