Свойства металлов и современная металлургия

вкл. .

Свойства металлов и современная металлургия

Увеличение пластичности металла в результате полиморфного перехода особенно эффективно в тех случаях, когда низкотемпературная форма имеет сложную кристаллическую структуру. Так, например, у альфа-марганца, устойчивого ниже 705°С, элементарная ячейка состоит из 58 атомов. Он тверд и хрупок. А существующий при высоких температурах гамма-марганец имеет простую кубическую объемноцентрированную решетку и весьма пластичен. Не смотря на то, что эти свойства не влияют на вес металла, они имеют чрезвычайную важность в металлургии. Конечно конструкционная сталь также исследуется ученными, но интереснее что происходит с редкими металлами и какими они облдают свойствами, например уран. Низкотемпературная альфа-форма его со сложной ромбоэдрической решеткой является полухрупкой, а высокотемпературная (свыше 775°С) кубическая гамма-модификация по своей способности к изменению формы напоминает тестообразное вещество. Наконец, знакомое уже нам олово. Выше 18°С оно пластично, тогда как образующееся в результате «оловянной чумы» серое олово принадлежит не к металлам, а к полупроводникам и имеет вид твердого хрупкого порошка.

Правило пластичности указывает путь получения пластичных сплавов на основе хрупких в обычных условиях полиморфных металлов. Для этого необходимо легировать (что в дословном переводе с немецкого означает «связывать, соединять»; легировать — значит сплавлять металлы, вводить в основной металл добавку другого для улучшения его свойств) металл-«хаме-леон» такими добавками, которые делают его высокотемпературную форму устойчивой при обычной низкой температуре. Таким образом, например, С. Ф. Жемчужный еще в 1906 году получил так называемый ковкий марганец, добавив к нему 3% меди. Последующие исследования показали, что медь стабилизирует пластичную гамма-форму марганца. Аналогичным образом действуют на марганец и добавки некоторых других металлов: железа, никеля, цинка. Этим же способом побеждается и «оловянная чума». Если добавить к олову, например, висмут, то ее возникновение невозможно.

Правило пластичности позволяет также предсказывать кристаллическую структуру наиболее высокотемпературных форм любого металла-«хамелеона», в том числе трансурановых элементов. Определить же ее непосредственно далеко не всегда возможно, так как многие трансураны получены пока лишь в микроколичествах (менделевий, например, был первоначально получен в количестве всего 17 атомов).

Правильность метода таких предсказаний кристаллических структур многократно проверена. Так, когда были опубликованы структуры важнейших металлов атомной техники — плутония (1954 год) и нептуния (1962 год), оказалось, что они именно таковы, какими и должны быть согласно правилу пластичности. Прогноз, сделанный еще в 1950 году, полностью подтвердился. То же можно сказать о берклии и о редкоземельном металле самарии.

Чрезвычайно важной особенностью полиморфных металлов, широко используемой в технике, является различная способность их модификаций растворять другие элементы. Вся термическая обработка стали, например, основана на различной способности высокотемпературной и низкотемпературной форм железа растворять углерод и легирующие элементы. Сущность термомеханической обработки сталей и сплавов сводится к использованию суммарного влияния пластической деформации и полиморфного превращения.

Рейтинг@Mail.ru Питомец - Топ 1000