1.4. Макроскопическое изучение изломов

Анализ излома позволяет установить особенности структуры и причины разрушения стальных образцов.

По излому обычно определяют крупность зёрна и взаимное расположение дендритов в металлах и сплавах. Как правило, чем крупнее зерно, тем ниже механические свойства металлов.

Изломы бывают вязкие и хрупкие.

При вязком разрушении зерна в структуре не наблюдаются. Излом при этом может иметь волокнистый, матовый (шелковистый) или шиферный вид.

Волокнистый излом имеет место при вязком разрушении в направлении, перпендикулярном к растягивавшим напряжениям. Поверхность излома шероховатая, матовая, с выступами или в виде чашечек (ямой).

При хрупком разрушении изломы, как правило, ровные и блестящие. Они бывают кристаллическими или зернистыми, нафталинистыми, камне-видными.

Зернистый излом наблюдается при межзеренном хрупком разрушении. Характерным для него является наличие рельефа, соответствующего огранке зерен.

Разновидностью зернистого излома является камневидный, который проходит по границам крупных или мелких зерен.

Кристаллический излом наблюдается при внутризеренном хрупком разрушении. Излом по телу крупных зерен называется нафталинистый. Причиной нафталинистого излома является перегрев стали при деформации или при термической обработке.

Смешанный излом имеет участки с зернистой, и волокнистой структурой. Смешанный излом наблюдаемся в образцах, разрушенных в результате усталостных нагрузок. Излом в месте усталостного разрушения обнаруживает два различных по виду участка. Меньший участок, прилегающий к поверхностным слоям, имеет гладкую (притертую) поверхность и называется областью усталостного излома; больший участок имеет грубое кристаллическое строение.

Разрушение с флокенамй в изломе является признаком брака стальной заготовки. Флокены представляют собой тонкие трещины с поверхностями овальной или круглой формы и размерами от долей миллиметра до 100 мм в поперечнике. Черный излом встречается в высокоуглеродистой стали при наличии кремния и вольфрама после отжига вследствие неравномерного выделения графита в сечении отливок в виде точек.

1.5. Кристаллическое строение металлов и сплавов

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Атомы в твердом металле расположены упорядочено, и образуют кристаллические решетки (рис.1).

В зависимости от расположения атомов металлов в пространстве различают следующие типы наиболее распространенных кристаллических решеток:

– кубическую объемно-центрированную (ОЦК) (атомы расположены в углах и центре куба) (рис. 1а);

– кубическую гранецентрированную (ГЦК) (атомы расположены в углах куба и в центрах граней) (рис. 2б);

– гексагональную плотноупакованную (атомы расположены в углах и в центрах шестигранных оснований призмы и три атома – в средней плоскости призмы) (рис. 3в).

а)	б)	в)
Рис. 1. Основные виды кристаллической решетки а – кубическая объемно-центрированная; б – кубическая гранецентрированная; в – гексагональная плотноупакованная

Кубическую объемно-центрированную решетку из 9-ти атомов имеют α-железо, Cr, V и др. Кубическую гранецентрированную из 14-ти атомов – γ-железо, Al, Cu, Ni, Pb, и др. Гексагональную плотноупакованную из 17-ти атомов – Zn, Mg, Ti и др.

При нагреве в твердом состоянии некоторые металлы могут иметь различную кристаллическую решетку, что всегда приводит к изменению их физико-химических свойств. Существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизма.