Металлография

Металлогра́фия

(от Металлы и ...графия

наука о структуре металлов и сплавов; составная часть металловедения (См. Металловедение). М. изучает закономерности образования структуры, исследуя макроструктуру (См. Макроструктура) и микроструктуру (См. Микроструктура) металла (путём наблюдения невооруженным глазом либо с помощью светового и электронного микроскопов). а также изменения механических, электрических, магнитных, тепловых и др. физических свойств металла в зависимости от изменения его структуры. Для изучения микроструктуры используют, кроме того, рентгеновскую дифракционную микроскопию (см. Рентгеновский структурный анализ). Исследование структуры необходимо для нахождения связи «структура — свойство», а установление закономерностей образования структуры — для прогнозирования на основе этой связи свойств новых сплавов. Например, прочность однофазных сплавов связана с размером зерна; при наличии включений второй фазы расстояние между включениями влияет на прочность и температуру рекристаллизации сплава; от размера и количества включений второй фазы зависят магнитные свойства ферромагнитных материалов.

Макроструктура характеризуется формой и расположением крупных кристаллитов (зёрен), наличием и расположением различных дефектов металлов (См. Дефекты металлов), распределением примесей (см. Ликвация) и неметаллических включений. Микроструктура металлического материала определяется формой, размерами, относительным количеством и взаимным расположением кристаллов отдельных фаз или их совокупностей, имеющих однообразный вид. Под тонкой структурой (субструктурой) понимают строение отдельных зёрен, определяемое расположением дислокаций и др. дефектов кристаллической решётки.

Формирование и изменение внутреннего строения металла (структуры) происходит в результате фазовых превращений при нагреве или охлаждении металла, а также вследствие пластической деформации, облучения, отдыха, рекристаллизации, спекания и т.д. Структура литого металла, формирующаяся в результате возникновения и роста в расплаве центров кристаллизации, зависит от скорости охлаждения расплава, содержания примесей, направления отвода тепла (рис. 1) и др. факторов. Увеличение скорости охлаждения может, например, приводить к измельчению зерна. Размер зерна можно изменить, подвергнув металл пластической деформации и рекристаллизации (рис. 2). Микроструктура резко изменяется при протекании в твёрдом металле фазовых превращений, которые могут быть вызваны изменением температуры или всестороннего давления. И в этом случае структура зависит от условий, в которых проходит превращение, главным образом от температурного интервала и скорости охлаждения, а также от особенностей строения кристаллических решёток фаз, участвующих в превращении. Например, размеры выделений второй фазы и расстояние между ними уменьшаются, если превращение проходит при низких температурах или ускоренном охлаждении (рис. 3). Субструктура металла изменяется при фазовых превращениях, а также при пластической деформации и рекристаллизации. Например, после сильной деформации дислокации могут образовать скопления, разделяющие зёрна на отдельные фрагменты (рис. 4).

Помимо закономерностей образования структуры, М. изучает условия и причины возникновения при кристаллизации, пластической деформации и рекристаллизации текстуры металлов, которая обусловливает анизотропию свойств поликристаллического материала. (Историческую справку см. в ст. Металловедение.)

Лит.: Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Юм-Розери В., Рейнор Г. В., Структура металлов и сплавов, пер. с англ., М., 1959; Лаборатория металлографии, 2 изд., М., 1965; Смолмен Р., Ашби К., Современная металлография, пер. с англ., М., 1970; Лившиц Б. Г., Металлография, 2 изд., М., 1971.

В. Ю. Новиков.

Рис. 2. Микроструктура алюминия после рекристаллизации, наблюдаемая с помощью светового микроскопа в поляризованном свете.

Рис. 1. Макроструктура литого сплава на основе железа. Зёрна вытянуты в направлении отвода тепла при затвердевании.

Рис. 3. Микроструктура сплава железа с хромом и никелем, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа. Крупные тёмные выделения образовались при высокой температуре. Мелкие выделения, возникшие при низкой температуре, не видны, но обнаруживаются благодаря вызванным ими искажениям решётки (область искажений имеет вид кофейного зерна).

Рис. 4б. Микроструктура сплава на основе молибдена, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа: сильно деформированный сплав (видны фрагменты, разделённые плотными скоплениями дислокаций).

Рис. 4а. Микроструктура сплава на основе молибдена, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа: слабо деформированный сплав (видны дислокации в виде тёмных прерывистых линий).