Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник

Подождите немного. Документ загружается.

Пластичность чистых монокристаллов висмута и сурьмы подтверждает

отрицательное влияние межкристаллитных примесей.

Для легких элементов, имеющих малые размеры, характерны лег-

кость перемещения в металле и концентрация их по границам зерен.

Это происходит при 20 °С у сурьмы и

даже

у тугоплавких металлов.

Влияние малого содержания примесей обусловлено концентраци-

ей их: а) около дислокаций, что тормозит их движение; б) по отдель-

ным

плоскостям (например, по плоскостям базиса у п. г. металлов),

затрудняя тем самым сдвиг по

другим

плоскостям; в) по ребрам создавая

жесткие орбитальные связи; г) по границам зерен блоков и двоиникон.

Очень важным обстоятельством является малая толщина прослой-

ки,

загрязненной примесями: она составляет всего несколько атомных

слоев. Это позволяет при очень малом общем содержании примесей

(несколько

частей на 1 млн.) получать высокие межкристаллитные кон-

центрации

(до нескольких процентов и более). Концентрация примесей

по

границам зерен может в тысячи раз превышать общую, поэтому

даже

0,001 % примеси может оказать влияние на механические свой-

ства. Важно не общее содержание примесей, а наличие и количество

определенных примесей, особенно

ухудшающих

пластичность; такими

примесями

обычно являются неметаллические элементы: сера, фосфор,

азот, кислород.

Как

правило, нет элементов, вредных вообще. Только в отдельных

случаях

имеет место

ухудшение

одного свойства от влияния любого

элемента или

ухудшение

многих свойств вследствие действия одного

элемента. Примером такого исключения может служить факт пониже-

ния

электропроводности меди при легировании любым элементом, вклю-

чая более электропроводное серебро. Свинец вреден для многих метал-

лов и сплавов, поскольку он

ухудшает

пластичность, но он несомненно

полезен для обработки резанием. Антифрикционные сплавы, как пра-

вило,

содержат свинец. Сера в никеле вредна, потому что сообщает

горячеломкость, но для непассивирующихся никелевых анодов она по-

лезна, так как способствует их равномерному растворению.

Углерод

понижает пластичность многих металлов, но может повысить ее, если

они

содержат кислород. Кислород оказывает полезное влияние при

горячей деформации металлов, если он связывает вредные примеси в

тугоплавкие или

летучие

оксиды, очищая границы зерен. Многие по-

лезные добавки

улучшают

пластичность при введении в малых коли-

чествах

потому, что очень ограниченно растворимы в металле и,

находясь по границам зерен, взаимодействуют с межкристаллитными

вредными примесями. Однако в этом

случае

даже

небольшой избыток

полезной

добавки может вызвать межкристаллитную хрупкость. Тогда

полезная

добавка окажется вредной примесью, а дополнительное вве-

дение вредной примеси — полезным.

Для обеспечения корректного проведения исследований при реше-

нии

принципиальных задач о пластичности и хрупкости металлов необ-

ходимо применять металлы высокой чистоты. Только при этом условии

можно сделать правильные выводы о природных свойствах металлов.

Использование

грязных металлов приводит не только к бесполезной

трате времени и средств, но и к неверным выводам, тормозящим разви-

тие науки, техники и производства. Нельзя, например, исследовать

влияние

примеси свинца, добавляя его к меди, содержащей кислород,

так

как в этом

случае

свинец превращается в оксиды. Вместе с тем

нерационально

ограничивать содержание кислорода в меди крайне низ-

кими

значениями его, не учитывая содержания

других

примесей, кото-

рые оказывают противоположное действие, образуя легкоплавкие или

тугоплавкие оксиды, смачиваемые или не смачиваемые жидким метал-

лом основы.

201

Однако для промышленного применения особо чистые металлы мо-

гут оказаться непригодными вследствие малой прочности, низкой темпе-

ратуры рекристаллизации, потери чистоты при хранении. Особо чистые

металлы в десятки и

даже

сотни раз дороже металлов технической

чистоты, поэтому на практике используют металлы, очищенные до за-

данного уровня.

Для уменьшения или устранения вредного влияния примесей при-

меняют следующие способы:

очистку исходного сырья (электролиз, возгонка, осаждение из га-

зовой фазы и др.);

плавку в вакуумных печах, при которой происходит испарение

примесей с высокой

упругостью

пара и

летучих

соединений (некоторых

оксидов, сульфидов и др.);

очистку электрошлаковым переплавом в активных и достаточно

чистых флюсах, растворяющих оксиды, сульфиды и пр.;

зонную плавку, при которой примеси оттесняются к концам слитка;

легирование элементами: а) образующими сложные оксиды и соеди-

нения

с оксидами, сульфидами, нитридами, фосфидами основного ме-

талла и, тем самым, удаляющими пленки соединений примесей с границ

зерен или б) повышающими растворимость примесей;

уменьшение размера зерен, приводящее к понижению концентрации

примесей по границам зерен вследствие увеличения межкристаллитной

поверхности;

устранение литой структуры металла, имеющей, как правило, повы-

шенную концентрацию примесей по границам зерен;

введение небольших добавок, связывающих вредные примеси. Эти

добавки должны обладать большим сродством к примесям, а возникаю-

щие соединения не должны образовывать сплошные пленки по грани-

цам зерен и прежде всего легкоплавкие соединения; желательно, чтобы

избыток добавки не

ухудшал

механических свойств.

Существенным недостатком борьбы с хрупкостью с помощью вве-

дения

добавок, связывающих вредные примеси, является необходимость

ограничения

в большинстве

случаев

интервалов концентраций добавки

узкими пределами сотых долей процента и

даже

менее. Такое требо-

вание трудно выполнить в производственных условиях, так как содер-

жание вредной примеси не постоянно. Добавки, как правило, химически

очень активны, поэтому в процессе плавки и литья интенсивно окисля-

ются, соединяются с азотом и другими веществами; величина потерь

добавок зависит от условий плавки, которые не

всегда

постоянны.

Необходимо продолжать работу по получению чистых металлов и

исследованию их свойств, выявлять примеси, особенно

ухудшающие

пластичность, и разрабатывать меры борьбы с ними в металлах и осо-

бенно

в сплавах, так как в последних растворимость примесей, как пра-

вило,

меньше;

определить влияние чистоты металла на температуру перехода к

хрупкости магния, висмута, сурьмы, иридия;

улучшить

чистоту марганца с помощью комбинированных методов

очистки (электролиз в растворах, не содержащих

серу,

совместное

плавление с вольфрамом, дистилляция);

выяснить

влияние способа хранения в различных

средах

(воздух,

вакуум, инертный газ) на охрупчивание пластичного марганца;

расширить применение Оже-спектроскопии и

других

новых мето-

дов исследования для определения локальной концентрации примесей в

металлах;

продолжать внедрение прогрессивных методов плавки и отливки

(с

целью улучшения дальнейшего качества слитка методами вакуумной

плавки,

электрошлакового переплава, непрерывного литья).

202

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Бобылев

А. В. Механические и технологические свойства металлов.

М.: Металлургия, 1980. 296 с.

Жаворонков

Н. М. — В кн.: XII Менделеевский съезд по общей и

прикладной

химии. М.: Наука, 1984, с. 45—93.

3. Зусман Л. Л. Народнохозяйственные проблемы экономии металла.

М.: Экономика, 1985. 130 с.

Смителз

К. Дж. Металлы: Справ, изд.: Пер. с англ. М.: Металлур-

гия,

1980. 447 с.

5. Давиденков Н. Н. Механические свойства материалов и методы из-

мерения

деформации. Киев: Наукова думка, 1981. 651 с.; Давиден-

ков Н. Н. Динамическая прочность и хрупкость металлов. Киев:

Наукова думка, 1981. 704 с.

Иоффе

А. Ф.,

Кирпичева

М. В., Левицкая М. А. — Журн. русск.

физ.-хим. об-ва, 1924, т. 56, № 5-6, с. 472—508;

Иоффе

А. Ф. О фи-

зике

и физиках. Л.: Наука, 1977. 259 с.

Соболев

Н. Д. Деформация и разрушение твердых тел. М.: изд.

МИФИ,

1980. 79 с.

Глущенко

В. Г. — МиТОМ, 1982, № 4, с. 2—4.

Классен-Неклюдова

М. В. — В кн.: Проблемы современной физики.

Л.: Наука, 1980, с.

382—396.

10. Бетехтин В. И., Зарипов А., Бахтибаев А. И. и др. — ФТТ, 1975,

т. 17, №9, с. 2824—2833.

11.

Таштандуев М. — В кн.: Физические свойства неметаллических крис-

таллов. Фрунзе:

ИЛИМ,

1981, с. 45—49.

12. Боярская Ю. С.

Житору

Р. П.,

Линте

М. Л.—ФТТ, т. 25, № 11,

с. 3294—3298.

13.

Бобылев

А. В. — В кн.: Производственно-техническая конференция

по

обработке цветных металлов. М.: Металлургиздат, 1946, с. 192—

199; В кн.: Структура и свойства жаропрочных металлических ма-

териалов. М.: Наука, 1973, с.

208—210;

В кн.: Жаропрочность и жа-

ростойкость металлических материалов. М.: Наука, с. 39—41; Плас-

тичность металлов при обработке давлением. М.: ЦНИИцветметэко-

номики

и информации, 1980, вып. 6. 43 с; Цветные металлы, 1981,

№

11, с. 81-82.

14.

Бочвар

А. А.,

Свидерская

3. Л.

—Изв.

АН

СССР.

ОТН, 1945, № 9,

с.

821—824.

15.

Бочвар

А. А. — Физика и химия обработки материалов, 1982, № 6,

с. 85—94.

16. Новиков И. И.,

Портной

В. К- Сверхпластичность сплавов с мелким

зерном.

М.: Металлургия, 1981. 168 с.

17.

Кайбышев

О. А. Пластичность и сверхпластичность металлов. М.:

Металлургия, 1975. 279 с.

18. Сверхпластичность металлических материалов/Я/оршоров М. X., Ти-

хонов

А. С, Булат С. И. и др. М.: Наука, 1973. 217 с.

19.

Грабский

М. В. Структурная сверхпластичность металлов. М.: Ме-

таллургия, 1975, 272 с.

Климов

К- М.,

Шнырев

Г. Д., Новиков И. И., Исаев А. В. — Изв.

АН

СССР.

Металлы, 1975, № 4, с.

143—144.

21.

Троицкий О. Л. —Проблемы прочности, 1977, № 1, с. 38—46;

Кирь-

янчев

Н. Е., Троицкий О. А.,

Клевцур

С. А. — Проблемы прочности,

1983, № 5, с. 101—105.

1.2.

Спицын

В. И., Троицкий О. А. Электропластическая деформация

металлов. М.: Наука, 1985. 160 с.

203

23.

Пресняков

А. А. Локализация пластической деформации. М.: Маши-

ностроение,

1983. 56 с.

24.

Абакумов

А. С.— Успехи химии, 1982, т. 51, № 7, с.

1091—1102.

25.

Глинка

Н. Л. Общая химия. Л.: Химия, 1986. 704 с.

26. Крупский И. Н.,

Леонтьева

А. В.,

Индом

Л. Я.— Письма в ЖЭТФ,

1976, т. 24, № 5, с.

297—300.

27.

Алексеева

Л. А., Крупский И. Н. — ФНТ, 1984, т. 10, № 3, с. 327—

331.

28.

Новоселова

А. В.,

Фридляндер

И. Н.,

Нагорская

Н. Д. и др. —

МиТОМ,

1984, № 2, с. 41—43.

29. Тихинский Г. Ф.,

Ковтун

Г. П.,

Ажажа

В. М. — Получение сверх-

чистых редких металлов. М.: Металлургия, 1986. 160 с.

30. Лав,

Кирпатрик

К.— В кн.: Новые исследования редкоземельных

металлов. М.: Пер. с англ. Мир, 1964, с.

165—176.

31.

Митюшов

В. А. — В кн.: Сплавы благородных металлов для новой

техники. Свердловск: УНЦ АН

СССР,

1981, с. 15—26.

32. Душин Ю. А.,

Емельянова

А. Я.— Изв. АН

СССР.

Металлы, 1980,

№

4, с. 151—155.

33.

Редкие металлы и сплавы с монокристаллической структурой. М.:

Наука, 1981.

34.

Боломытцев

Ю. С, Капустин В. Д.,

Саратовская

Л. Н. — В кн.:

Структура и свойства монокристаллов тугоплавких металлов. М.:

Наука, 1973, с.

158—166.

35. Савицкий Е. М., Бурханов Г. С. Редкие металлы и сплавы. Физико-

химический анализ и металловедение. М.: Наука, 1980. 255 с.

36.

Сорокин

С. О., Куликов И. С, Бурханов Г. С

—Изв.

АН

СССР.

Металлы, 1983, № 5, с. 67—71.

37. Барков Л. А., Пастухов В. В.,

Мымрин

С. Н. и др. — Цветные ме-

таллы, 1983, № 11, с. 58—59.

38.

Спицын

В, И.,

Кузина

А. Ф. Технеций. М.: Наука, 1981. 147 с.

39. Липецкий Б. Л.,

Крупин

А. В., Савицкий Е. М. и др. — В кн.: Спла-

вы благородных металлов. М.: Наука, 1977, с.

241—246.

40.

Гольцов

В. А., Мачихина И. Ю.,

Шатохина

Л. Т. и др. — В кн.:

Сплавы благородных металлов для новой техники. Свердловск: УНЦ

АН

СССР,

1983, с. 70—73.

41.

Благородные металлы: Справ. изд./Под ред. Е. М. Савицкого. М.:

Металлургия, 1984. 592 с.

42.

Борздыка

А. М. — Вестник машиностроения, 1982, № 3, с. 74—75.

43.

Бобылев

А. В.— Вестник машиностроения, 1984, № 7, с. 77—78.

44. Елагин В. И., Захаров В. В.,

Ростова

Т. Д. — Технология легких

сплавов, 1984, № 4, с. 5—11.

45. Савицкий Е. М., Тылкина М. А., Казанская Н. /(. — МиТОМ, 1984,

№

2, с. 46—48.

46.

Мещеринова

Т. Ф.,

Смирнова

А. В.,

Ковалев

А. И. Новые методы

испытания

металлов: Науч.

тр./ЦНИИЧМ.

М.: Металлургия, 1979,

№

7, с. 53—57.

47.

Мирошниченко

И. С. Закалка из жидкого состояния. М.: Металлур-

гия,

1982. 168 с;

Ковнеристый

Ю. К-,

Осипов

Э. К-,

Трофимова

Е.А.

Физико-химические основы создания аморфных металлических спла-

вов.

М.: Наука, 1983. 144 с.

48. Баринов С. М.,

Нартова

Т. Т.,

Красулин

Ю. Л. и др.— Изв. АН

СССР.

Металлы, 1983, № 5, с.

170—174.

49.

Портной

К. И., Бунтушкин В. П., Мелимевкер О. Д.— МиТОМ, 1981,

№

6, с. 23—26.

50.

Гранаткин

К) А. — В кн.: Пластичность металлов и сплавов с осо-

быми свойствами. М.: Наука, 1982, с. 24—27.

51.

Кириллов

П. Г.,

Гришина

Н. П. Обработка металлов давлением:

204

Науч. тр./Фрунзенский политехнический ин-т. Фрунзе, Книжное изд-

во,

1976, вып. 92, с. 3—14.

52.

Бацанов

С. С.

—Успехи

химии, 1982, № 7, с.

1201—1224.

53.

Химия и периодическая таблица: Пер. с японск./К. Сайто, С. Хая-

кава, X. Ямадера, Ф. Такеи. М.: Мир, 1982. 320 с.

54.

Самсонов

Г. В.,

Прядко

И. Ф.,

Прядко

Л. Ф. Конфигурационная

модель вещества. Киев: Наукова думка, Г971. 257 с;

Самсо-

нов Г. В. — Неорганические материалы, 1973, т. 9, № 10, с.

1680—

1687;

Самсонов

Г. В.,

Тимофеева

И. И. — В кн.: Строение, свойст-

ва и применение металлидов. М.: Наука, 1974, с.

17—26.

55. Павлов В А. Физические основы деформации о. ц. к. металлов. М.:

Наука, 1978. 208 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ

УКАЗАТЕЛЬ

Азотирование 110

Актиниевые металлы 169

Актиний 170

Актиноиды (актиниды) 6, 170

Алмаз

191

Алюминий 50

— влияние добавок 54

— — легирования 184

Альфа-латунь 16, 25, 177

Амальгама

Америций 175

Аморфные сплавы 187

Аморфный цемент 23

Анод

Аномалии пластичности — см.

Провалы пластичности

Барий

Бериллий

— влияние примесей 70

Берклий

Бета-латунь 177, 188

Боксит

Бронза

182

Ванадий 95

— влияние примесей 96

Висмут

Внешняя

среда 191

Водород 65

Вольфрам 133

-влияние

примесей 135

легирования 138

Временное сопротивление 11

Вязкость 12

Гадолиний 80

Галлий 54

Галогены 193

Гафний

— легирование 94

Германий 191

Гольмий 81

Гомологическая температура

Горячеломкость 13, 23

Дейтерий 65

Дефекты упаковки 195

Деформация 12

Деформируемость 13

Дислокации 16, 102

Диспрозий 81

Достоверность 14

190

Европий

Железо 145

— влияние добавок 148

примесей 146

Жесткость 12

Закон

периодический — см.

риодический закон

Пе-

205

Золото 45

Зоны хрупкости — см. Провалы

пластичности

Излом 17, 23

Изотопы 193

Индий

Иридий 167

Испытания в газовой

среде

— на изгиб 13

• растяжение 14

• сжатие 13

Истинное сопротивление 11

Иттербий 83

Иттрий 76

Кадмий 48

Калий 67

Клифорний 175

Кальций 73

Каменная соль 20

влияние примесей 22

Катод 65

Кобальт 152

Красноломкость — см. Провалы

пластичности

Кремний 191

Критическое напряжение

сдвига

Курчатовий 176

Кюрий 175

Лантан 77

Лантаноиды (лантаниды) 6

Латунь

19, 25, 177

Литий 66

Лоуренсий 176

Лютеций 83

Магний 71

Марганец 140

Масштабный эффект 192

Медь 17, 29

Менделевий 176

Металлиды 188

Металлоиды 11

Методы оценки пластичности 13

Молибден 120

Монель 187

Мрамор 192

Надрез 100, 102, 109

Натрий 67

Нейтрон 193

Неметаллы 11

Неодим 78

Нептуний 173

Никель 154

—влияние добавок 159

примесей 155

Нильсборий 176

Ниобий 99

— влияние добавок 105

примесей 102

Нобелий 176

Облагораживание 11

Образцы клиновидные 14

— на растяжение 14

Олово 56

Осмий 167

Палладий 165

Периодический закон 6

Пластичность 11, 13

Платина 168

Плутоний 173

Полоний 63

Порообразование 16

Празеодим 78

Предел прочности 11

—

текучести

20, 47

—

упругости

Примеси 198

Провалы пластичности 6, 12, 26,

Прометий 79

Протактиний 171

Протий 65

Прочность 12

Радий 74

Разрушение 13, 16

Растворимость примесей 38, 200

Редкоземельные металлы 75

Рениевый эффект 186

Рений

142

—влияние добавок 144

примесей 143

Ресурсы металлов 9

Родий 165

Ртуть

Рубидий 67

Рутений 164

Самарий 79

Сверхпластичность 19, 27

Свинец 58

Свойство 11

Связь 20, 194

Сдвиг, критическое напряжение

Сера 191

Серебро 42

— влияние добавок 45

—

хлористое

Скандий 75

Сопротивление

отрыву

—

удару

Состояние 11

Сплавы алюминия 184

—меди

177

— молибдена 186

— никеля 187

Сталь 186

Старение 11

Стекло 28

Стронций 73

Сужение 14

Сульфиды 160

Сурьма

Схема

воздействия сил 192

Таллий 55

Тантал 107

— влияние примесей 108

Температура

плавления 198

— эквикогезивная 23, 177

Температуропроводность 198

Теплопроводность 196

Тербий 81

Термины 11

Технеций 141

Титан 84

— легирование 87

Торий 170

Точность 14

Тритий 65

Тулий

Тягучесть

Ударная

вязкость 12

Удлинение 14

Уран

171

Факторы, влияющие на пластич-

ность 190

Фермий 176

Флюсы 52, 202

Франций

Хладноломкость

13, 19

Хром

112

—влияние добавок 116

примесей 113

Хрупкость

12, 177

— высокотемпературная 25

Цезий

Церий

Цинк

Цирконий

— влияние примесей 89

Щелочноземельные

металлы

Щелочные

металлы

Эвтектика 160

Эйнштейний

175

Экавольфрам 176

Экарений 176

Электродный потенциал 65

Электролиз 65, 141

Электрон 6, 194

Электронное строение 6, 193

Электроотрицательность 193

Электропластичность 28

Электрополировка 139

Электропроводность 35, 54, 196

Энергия дефектов упаковки 195

Эрбий 82

Справочное

издание

Алексей

Васильевич

БОБЫЛЕВ

МЕХАНИЧЕСКИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА

МЕТАЛЛОВ

Редактор издательства М, И. Заславская

Художественный редактор Ю. И,

Смурыгин

Технический редактор Н, Д.

Сперанская

Корректор Ю, И.

Королева

ИБ

№ 3110

Сдано в набор

12.11.86.

Подписано в печать

27.01.87.

Т-07536. Формат бумаги

84XI08'/i2.

Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая.

Усл. печ. л. 10,92. Усл. кр.-отт. 11,13. Уч.-изд. л.

15,17.

Тираж 15 500 экз. Заказ

708. Цена 75 к. Изд. № 1397

Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Металлургия»,

119875, Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., д. 14

Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном

комитете

СССР

по делам издательств, полиграфии и книжной торговли

600000,

г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7