228 подписчиков
Суть закалки металлов на микроуровне
Про то, что ножи, топоры и другие металлические инструменты необходимо закалить – знают даже домохозяйки. И даже в общих чертах представляют этот процесс: нужный металлический инструмент сильно разогревают, быстро опускают в холодную воду, и от этого он становится твердый и прочный. По сути, это так и есть, но нас интересует, какие процессы происходят в металле на микроуровне.
В предыдущем посте я кратко изложил о кристаллическом строении металлов, и в частности, о железе, которое умеет менять свою структуру в зависимости от его нагрева.
Так, при комнатной температуре железо имеет объемно-центрированную кристаллическую решетку. (Кубик с 8 атомами на вершинах и одним атомом в центре куба). При нагреве выше 911 градусов по Цельсию, кристаллическая решетка превращается из объемно-центрированной, в гранецентрированную (атомы располагаются не только в углах куба, но и в середине каждой грани на пересечении диагоналей (всего 14).
Если добавить углерод в расплавленное железо, то атомы углерода постепенно «заполнят» эти контейнеры в виде кристаллических решеток. Причем гранецентрированная структура, может поместить в себя намного больше углерода (2,14%, против 0,025%). Но есть нюанс: при охлаждении структура КР возвращается к объемно-центрованной, и не может хранить в себе много углерода (а значит теряется твердость). Так как заставить его остаться там?
Когда мы нагрели сталь, получили гранецентрированную решетку, с нужным объемом углерода внутри и резко охладили, структура решетки пытается вернуться к объемно-центрированной, но т.к. подвижность атомов углерода очень мала, они не успевают выйти из решетки, и остаются насильно удерживаемы внутри неё, образуя пересыщенный твердый раствор. При этом атомы углерода распирают решетку железа, создавая в ней большие внутренние напряжения. Решетка вытягивается вдоль одного направления так, что каждая ячейка из кубической превращается в тетрагональную, т. е. принимает форму прямоугольной призмы. Такое превращение сопровождается и структурными изменениями. Возникает игольчатая структура, известная под названием мартенсит. Кристаллы мартенсита представляют собой очень тонкие пластины. В поперечном сечении, которое получается на микрошлифе, такие пластины под микроскопом представляются в виде игл. Мартенсит имеет очень высокую твердость и прочность, что и обуславливает ту самую закалку стали.
Youtube
Telegram
VK
2 минуты
24 июля