Металловедение и термическая обработка
Металловедение
Металловедением называется наука, устанавливающая связь между составом, структурой и свойствами металлов и сплавов и изучающая закономерности их изменения при тепловых, химических, механических, электромагнитных и радиоактивных воздействиях.
Впервые существование связи между строением стали и ее свойствами было установлено П. П. Аносовым (1799-1839 гг.).
Основы научного металловедения были заложены выдающимся русским металлургом Д. К. Черновым (1839-1921 гг.), который за свои работы был назван в литературе «отцом металлографии».
В начале XX в. большую роль в развитии металловедения сыграли работы Н. С. Курнакова, который применил для исследования металлов методы физико-химического анализа.
Большое значение в развитии металловедения и термической обработки имели работы Осмонда (Франция), Юм-Розери и Мотта (Англия), Зейтца, Бейна и Мейла (США), Таммана и Ганемана (Германия) и др.
Развитие металловедения неразрывно связано с работами советских ученых. После Великой Октябрьской социалистической революции, особенно в период индустриализации страны, возникли многочисленные исследовательские лаборатории на заводах и во втузах, а также был создан ряд специализированных исследовательских институтов, в которых развернулась широкая работа в области металловедения и термической обработки металлов.
Группы металлов
Все металлы и сплавы принято делить на две группы.
Железо и сплавы на его основе (сталь, чугун) называют черными металлами, а остальные металлы (Be, Mg, Al, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ag, Sn, W, Au, Hg, Pb и др.) и их сплавы - цветными.
Наибольшее применение нашли черные металлы. На основе железа изготовляется не менее 90-95 % всех конструкционных и инструментальных материалов. Широкое распространение железа и его сплавов связано с большим содержанием его в земной коре, низкой стоимостью, высокими технологическими и механическими свойствами. Стоимость цветных металлов во много раз выше стоимости железа и его сплавов.
Кобальт, никель, а также близкий к ним по свойствам марганец нередко относят к металлам железной группы. Цветные металлы по сходным свойствам подразделяют на легкие металлы (Be, Mg, Al, Ti), обладающие малой плотностью; легкоплавкие металлы (Zn, Cd, Sn, Sb, Hg, Pb, Bi); тугоплавкие металлы (Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, W, V и др.) с температурой плавления выше, чем у железа (1539 °С); благородные металлы (Ph, Pd, Ag, Os, Pt, Au и др.), обладающие химической инертностью; урановые металлы (U, Th, Ра) - актиноиды, используемые в атомной технике; редкоземельные металлы (РЗМ), лантаноиды (Се, Pr, Nd, Sm и др.) и сходные с ними иттрий и скандий, применяемые как присадки к различным сплавам; щелочноземельные металлы (Li, Na, К), используемые в качестве теплоносителей в ядерных реакторах.
Развитие металловедения
Современное машиностроение характеризуют непрерывно растущая энергоиапряженность, а также тяжелые условия эксплуатации машин (высокий вакуум, низкие или высокие температуры, агрессивные среды и т. д.). Такие условия работы машин предъявляют к материалам особые требования. Для удовлетворения этих требований создано много сплавов на основе различных металлов.
В современной технике широко применяют стали, обеспечивающие высокую конструктивную прочность, и сплавы, которые остаются прочными при высоких температурах, вязкими при температурах, близких к абсолютному нулю, обладающие высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах или другими физико-химическими свойствами.
Число новых сплавов непрерывно растет.
В специальном машиностроении все шире применяют так называемые композиционные материалы, сплавы с памятью формы и др.
Достижения материаловедения обеспечили небывалый прогресс в разработке конструкционных и инструментальных материалов в различных областях техники. Исследования реальной структуры твердых тел показали принципиальную возможность получения сплавов с прочностью, приближающейся к теоретической, определяемой прочностью межатомных связей.
Развитие физического материаловедения позволяет предполагать, что в ближайшем будущем будут разработаны специальные стали и сплавы с временным сопротивлением 3500 ... 6000 МПа и легкие сплавы с временным сопротивлением 1000 ... 1500 МПа.
