Коррозия, охватывающая отдельные участки поверхности металла.

Сплав, образованный расплавленным основным и наплавленным металлом или только переплавленным основным металлом при получении сварного соединения.

Покрытие поверхности изделия металлами и сплавами для сообщения требуемых условиями эксплуатации физико-химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого (исходного) материала. М. применяют для защиты изделий от коррозии, износа, эрозии, в декоративных и др. целях.

По принципу взаимодействия металлизируемой поверхности (подложки) с наносимым металлом различают М., при которой сцепление покрытия с основой (подложкой) осуществляется механически - силами адгезии (см. табл., группа 1), и М., при которой сцепление обеспечивается силами металлической связи (группа 2): с образованием диффузионной зоны на границе сопрягающихся поверхностей, за пределами которой покрытие состоит из наложенного слоя металла или сплава (подгруппа 2а), и с образованием диффузионной зоны в пределах всего слоя покрытия (подгруппа 2б).

Технология М. по типам 1 и 2а предусматривает наложение слоя вещества на поверхность холодного или нагретого до относительно невысоких температур изделия. К этим видам М. относятся: электролитические (см. Гальванотехника), химические, газопламенные процессы получения покрытий; нанесение покрытий плакированием, осаждением химических соединений из газовой фазы, электрофорезом; вакуумная М.; М. взрывом, воздействием лучей лазера, плазмы, погружением в расплавленные металлы и др. способы. В этих процессах М. сопровождается изменением геометрии и размеров изделия соответственно толщине слоя наносимого металла или сплава. Технология М. по типу 2б предусматривает диффузионное насыщение металлическими элементами поверхности деталей, нагретых до высоких температур, в результате которого в зоне диффузии элемента образуется сплав (см. Диффузионная металлизация). В этом случае геометрия и размеры металлизируемой детали практически не меняются.

М. изделий по типу 1 производится в декоративных целях, для повышения твёрдости и износостойкости, для защиты от коррозии. Из-за слабого сцепления покрытия с подложкой этот вид М. нецелесообразно применять для деталей, работающих в условиях больших нагрузок и температур. М. деталей по типу 2 придаёт им высокую твёрдость и износостойкость, высокую коррозионную и эрозионную стойкость, жаростойкость, необходимые теплофизические и электрические свойства. М. по типу 2б применяется для деталей, претерпевающих действие значительных механических напряжений (статических, динамических, знакопеременных) при низких и высоких температурах. Эти виды М., за некоторым исключением, используются для нанесения защитного слоя на подложки из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов (пластмассы, стекла, керамика, бумага, ткани и др.). М. находит применение в электротехнике. радиоэлектронике, оптике, ракетной технике, автомобильной промышленности, судостроении, самолётостроении и др. областях техники.

В табл. приведены основные технологические процессы, с помощью которых осуществляется М. различными металлами. О видах М. см. в статьях Алитирование, Анодирование, Бериллизация, Бронзирование, Железнение, Кадмирование, Латунирование, Меднение, Молибденирование, Никелирование, Платинирование, Свинцевание, Титанирование, Хромирование, Цинкование.

Лит.: Высокотемпературные неорганические покрытия, [пер. с англ.], М., 1968; Ротрекл Б., Дитрих З., Тамхина И., Нанесение металлических покрытий на пластмассы, пер. с чеш., Л., 1968; Ройх И. Л., Колтунова Л. Н., Защитные вакуумные покрытия на стали, М., 1971; Катц Н. В., Металлизация тканей, 2 изд., М., 1972.

Г. Н. Дубинин

Схема

Металлоконструкции, общее название конструкций, выполненных из металлов и применяемых в строительстве. По характеру соединения элементов между собой различают М. к. сварные, клёпаные и с болтовыми соединениями. В машиностроении обычно под М. к. подразумеваются детали, изготовленные из профилированного металла, в отличие от литых деталей и поковок.

Современные М. к. подразделяются на стальные и из лёгких сплавов (например, алюминиевых сплавов). До начала 20 в. в строительстве применялись в основном металлические строительные конструкции из чугуна (главным образом в колоннах, балках, лестницах и т.д. Из металла изготовлен, например, купол Исаакиевского собора в Ленинграде диаметром 22 м). В современном строительстве получили распространение стальные конструкции, используемые в несущих каркасах промышленных сооружений, жилых и общественных зданий, в пролётных строениях мостов, каркасах доменных печей, газгольдерах, резервуарах, мачтах, опорах линий электропередачи и др. Конструкции из алюминиевых сплавов,. обладающие рядом достоинств (лёгкость, коррозионная стойкость, технологичность, высокие декоративные свойства), наиболее широко применяются в качестве ограждающих элементов и в виде отделочных деталей зданий. М. к. изготовляются преимущественно из профилированного и листового металла. См. также Листовые конструкции, Клёпаные конструкции, Сварные конструкции.

Л. В. Касабьян

Обособленные частицы металлов и сплавов обычно сложной поликристаллической структуры различных размеров (от 1 до 200 мкм) и формы. М. п. применяются для изготовления деталей машин методами порошковой металлургии и как пигменты.

Обычно длинномерные изделия различных поперечных сечений (уголки, швеллеры, листы, трубы, рельсы и т.д.), полученные прокаткой (прокатные профили), прессованием (прессованные профили), гибкой (гнутые профили).

Поперечное сечение М. п. может изменяться по длине изделия.

Рис. 1 Стальные холодноформованные профили:
1 и 2- уголки; 3 и 4 – U-образные; 5- корытообразный; 6- С-образный; 7- профили для оконных и фонарных переплетов

Наука, изучающая связи состава, строения и свойств металлов и сплавов, а также закономерности их изменения при тепловых, механических, физико-химических и др. видах воздействия. М. - научная основа изысканий состава, способов изготовления и обработки металлических материалов с разнообразными механическими, физическими и химическими свойствами. Уже народам древнего мира было известно получение металлических сплавов (бронзы и др.), а также повышение твёрдости и прочности стали посредством закалки. Как самостоятельная наука М. возникло и оформилось в 19 в., вначале под названием металлографии. Термин «М.» введён в 20-х гг. 20 в. в Германии, причём было предложено сохранить термин «металлография» только для учения о макро- и микроструктуре металлов и сплавов. Во многих странах М. по-прежнему обозначают термином «металлография», а также называют «физической металлургией». Возникновение М. как науки было обусловлено потребностями техники. В 1831 П. П. Аносов, разрабатывая способ получения булата, изучал под микроскопом строение отполированной поверхности стали, предварительно протравленной кислотой. В 1864 Г. К. Сорби произвёл подобные же исследования микроструктуры железных метеоритов и образцов стали, применив при этом микрофотографию. В 1868 Д. К. Чернов указал на существование температур, при которых сталь претерпевает превращения при нагревании и охлаждении (критические точки). Эти температуры измерил Ф. Осмонд (1888) при помощи термоэлектрического термометра, изобретённого А. Ле Шателье. У. Робертс-Остен (Великобритания) исследовал методами термического анализа и микроструктуры нескольких двойных металлических систем, в том числе железоуглеродистые сплавы (1897). Его результаты критически пересмотрел в 1900 с точки зрения фазправила, теоретически выведенного Дж. У. Гиббсом (1873-76), Г. В. Розебом. Ле Шателье значительно улучшил технику изучения микроструктуры. Н. С. Курнаков сконструировал самопишущий пирометр (1903) и на основе изучения ряда металлических двойных систем совместно с сотрудниками (С. Ф. Жемчужным, Н. И.Степановым, Г. Г. Уразовым и др.) установил закономерности, явившиеся основой учения о сингулярных точках и физико-химического анализа. С 1903 диаграммы состояния металлических сплавов изучал Г. Тамман с сотрудниками. В России А. А. Байков исследовал явления закалки сплавов (1902), значительно улучшил методику М. введением автоматической записи дифференциальных кривых нагревания и охлаждения (1910) и травления микрошлифов при высокой температуре (1909). Байков основал в Петербургском политехническом институте первую в России учебную лабораторию М., в которой работали Н. Т. Гудцов, Г. А. Кащенко, М. П. Славинский, В. Н. Свечников и др. Пионерами применения М. в заводской практике были А. А. Ржешотарский, создавший лабораторию М. на Обуховском заводе (1895), и Н. И. Беляев, основавший такую же лабораторию на Путиловском заводе (1904). В 1908 А. М. Бочвар организовал в Высшем техническом училище первую в Москве металлографическую лабораторию, в которой работали И. И. Сидорин, А. А. Бочвар, С. М. Воронов и др. специалисты в области М. цветных металлов.

В 1918 А. Портевен и М. Гарвен (Франция) установили зависимость критических точек стали от скорости охлаждения. С 1929-30 начались исследования превращений в стали в изотермических условиях (Э. Давеппорт и Э. Бейн, Р. Мейл в США, С. С. Штейнберг, Н. А. Минкевич в СССР, Ф. Вефер в Германии и др.). Одновременно развивалась физическая теория кристаллизации металлов, экспериментальные основы которой были заложены в начале 20 в. Тамманом (Я. И. Френкель, В. И. Данилов в СССР, М. Фольмер в Германии, И. Странский в Болгарии).

Исключительную роль в развитии М. играл начиная с 20-х гг. 20 в. рентгеноструктурный анализ, который позволил определить кристаллическую структуру различных фаз, описать её изменения при фазовых переходах, термической обработке и деформации (структуру мартенсита, изменения структуры твёрдых растворов при их распаде и т.д.). В этой области важнейшее значение имели работы Г. В. Курдюмова, С. Т. Конобеевского, Н. В. Агеева и др., а за рубежом - А. Вестгрена (Швеция), У. Юм-Розери (Великобритания), У. Делингера, В. Кёстера (Германия) и др. Курдюмов, в частности, разработал теорию закалки и отпуска стали и исследовал основные типы фазовых превращений в твёрдом состоянии («нормальные» и мартенситные). В 20-х гг. А. Ф. Иоффе и Н. Н. Давиденков положили начало теории прочности кристаллов. Теория фазовых превращений, изучение атомно-кристаллического и электронного строения металлов и сплавов, природы механических, тепловых, электрических и магнитных свойств металлов были новыми этапами в истории М. как пограничной науки между физической химией и физикой твёрдого тела (см. Металлофизика).

Развитие М. во 2-й половине 20 в. характеризуется значительным расширением методических возможностей. Кроме рентгеноструктурного анализа, для изучения атомнокристаллического строения металлов применяют электронную микроскопию, которая позволяет изучать локальные изменения строения сплавов, взаимное расположение структурных составляющих и несовершенства кристаллического строения (см. Дефекты в кристаллах). Существенное значение имеют методы электронной дифракции, нейтронографии, радиоизотопных индикаторов, внутреннего трения, микрорентгеноспектрального анализа, калориметрии, магнитометрии и др.

М. условно разделяется на теоретическое, рассматривающее общие закономерности строения и процессов, происходящих в металлах и сплавах при различных воздействиях, и прикладное (техническое), изучающее основы технологических процессов обработки (термическая обработка, литьё, обработка. давлением) и конкретные классы металлических материалов.

Основные разделы теоретического М.: теория металлического состояния и физических свойств металлов и сплавов, кристаллизация, фазовые равновесия в металлах и сплавах, диффузия в металлах и сплавах, фазовые превращения в твёрдом состоянии, физическая теория процессов пластической деформации, упрочнения, разрушения и рекристаллизации. Содержание теоретического М. в значительной мере связано с металлофизикой.

Теория металлического состояния рассматривает металл как совокупность электронов, движущихся в периодическом поле положительных ионов (см. Металлы). На основе учёта сил межатомного взаимодействия оценена теоретическая прочность металлических монокристаллов, которая в 100-1000 раз больше практической. Электрическое сопротивление металлов рассматривается как следствие нарушений идеального расположения атомов в кристаллической решётке, обусловленных её колебаниями, наличием статических дефектов и примесей. В зависимости от особенностей межатомного взаимодействия возникают различные фазы: упорядоченные твёрдые растворы, электронные соединения, фазы внедрения, сигма-фазы и т.д. Развитие электронной теории металлов и сплавов сыграло большую роль в создании сплавов с особыми физическими свойствами (сверхпроводящих, магнитных и др.).

Кристаллизация металлов характеризуется большими значениями скорости зарождения центров кристаллизации и скорости роста кристаллов при малом интервале переохлаждений, в котором происходит затвердевание. Строение реального металлического слитка определяется закономерностями кристаллизации, условиями теплоотвода, а также влиянием примесей. Механизм эвтектической кристаллизации сплавов был изучен А. А. Бочваром (1935).

Один из важнейших разделов теоретического М. - изучение фазовых равновесий в сплавах. Построены диаграммы состояния для многих двойных, тройных и более сложных систем и установлены температуры фазовых переходов. При определённых условиях (например, быстром охлаждении) могут возникать метастабильные состояния с относительным, при данных термодинамических условиях, минимумом свободной энергии. Наиболее важные примеры таких состояний - мартенсит стали и пересыщенные твёрдые растворы металлов (например, Al - Cu). Кинетика фазовых превращений и условия возникновения метастабильных состояний определяются степенью отклонения системы от равновесия, подвижностью атомов (характеристики диффузии), структурным и химическим соответствием возникающих и исходных фаз.

Превращения в твёрдом состоянии (фазовые превращения) в условиях сильного межатомного взаимодействия в кристаллических фазах сопровождаются возникновением полей напряжений. При некоторых условиях и наличии полиморфных модификаций (см. Полиморфизм) наблюдается упорядоченная перестройка кристаллической решётки на границе фаз (мартенситное превращение). В области температур, при которых быстро происходят релаксационные процессы, образование кристаллов новой фазы может протекать путём неупорядоченных диффузионных переходов отдельных атомов («нормальное» превращение). Для М. железных сплавов большое значение имеют кинетические диаграммы превращений аустенита. В металлических сплавах часто протекают процессы распада пересыщенных твёрдых растворов. Во многих случаях наиболее существенные изменения свойств происходят до возникновения при распаде второй фазы. Рентгенографические исследования показали, что эти изменения связаны с процессами перераспределения атомов в решётке матрицы, образованием обогащенных зон внутри матрицы (см. Старение металлов). Равновесия и кинетика фазовых превращений могут в значительной мере изменяться в результате воздействия высоких давлений. В связи с проявлением сил химического взаимодействия между атомами различных элементов в ненасыщенных твёрдых растворах могут также происходить процессы перераспределения атомов элементов. Упорядоченное расположение атомов в определённых узлах кристаллической решётки возникает в твёрдых растворах замещения (например, Cu - Al) и внедрения (мартенсит, Ta - О и т.д.). В некоторых случаях появляются внутрифазовые неоднородности - сегрегации.

Важное значение для развития М. имеет физическая теория пластической деформации и дефектов кристаллического строения. Расхождение между теоретически вычисленными и наблюдаемыми на опыте значениями прочности привело в 1933-34 к предположению о наличии в кристаллах особых дефектов (несовершенств) - дислокаций, перемещение которых под действием сравнительно малых сил осуществляет пластическую деформацию. Экспериментальные исследования, проведённые различными методами и особенно дифракционной электронной микроскопией тонких фольг, подтвердили наличие дислокаций. Методы внутреннего трения и др. позволили выяснить роль точечных дефектов (вакансий). Наличие вакансий влияет на физические свойства кристаллов и играет важную роль в диффузионных процессах при термообработке, отдыхе металлов, рекристаллизации металлов, спекании и т.д. Изучение свойств бездефектных нитевидных кристаллов доказало правильность теоретической оценки прочности. В практически важных случаях повышение прочности достигается увеличением плотности дислокаций (например, пластической деформацией, мартенситным превращением при закалке или их сочетанием). Примеси могут скапливаться у дислокаций и блокировать их. Одно из наиболее ярких проявлений влияния реальной структуры на процессы в металлах и сплавах - различия в скорости диффузии и распределении элементов по границам и объёму поликристаллов. В некоторых случаях очень малые примеси изменяют скорость граничной диффузии. Поскольку многие процессы распада твёрдых растворов начинаются преимущественно в приграничных областях, малые примеси могут существенно изменять кинетику этих процессов и конечную структуру. Взаимодействие дислокации с примесями внедрения (в железе - углерод и азот) - одна из главных причин хладноломкости металлов с объёмноцентрированной кубической решёткой. Движением и взаимодействием дислокаций определяется протекание упрочнения металлов, разупрочнения, ползучести, полигонизации, рекристаллизации и др. процессов. Наиболее эффективные средства изменения структуры и свойств металлических материалов - легирование, термическая обработка, поверхностное упрочнение,химико-термическая обработка, термомеханическая обработка.

Содержанием прикладного (технического) М. является изучение состава, структуры, процессов обработки и свойств различных конкретных классов металлических материалов (например, железоуглеродистых сплавов, конструкционной стали, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов, алюминиевых сплавов, магниевых сплавов, металлокерамики). В связи с развитием новых областей техники возникли задачи изучения поведения металлов и сплавов при радиационных воздействиях, весьма низких температурах, высоких давлениях и т.д.

Лит.: Бунин К. П., Железоуглеродистые сплавы, К. - М., 1949; физические основы металловедения, М., 1955; Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Лившиц Б. Г., Металлография, М., 1963; Физическое металловедение, пер с англ., в. 1-3, М. 1967-68.

Р. И. Энтин

Оптический прибор, служащий для рассмотрения металлических поверхностей в отраженном свете. М. м. имеет специальную осветительную систему и применяется для изучения и фотографирования микроструктуры металлов и сплавов при увеличениях 100…2000 раз.

Первым применил М. м. для исследования внутреннего строения стальных сплавов (1831) наш соотечественник П.П.Аносов (1799-1851 г.г.), положив тем самым начало микроскопическому анализу металлов.

Рис. 1 Металлографический микроскоп вертикальный (МИМ-7)

Рис. 2 Металлографический микроскоп горизонтальный (МИМ-8)

Рис. 3 Предметный столик металлографического микроскопа (МИМ-8)

От металлы и ...графия - наука о структуре металлов и сплавов; составная часть металловедения.

М. изучает закономерности образования структуры, исследуя макроструктуру и микроструктуру 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. 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, распределением примесей 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 (см. рис. 1) и др. факторов. Увеличение скорости охлаждения может, например, приводить к измельчению зерна. Размер зерна можно изменить, подвергнув металл пластической деформации и рекристаллизации (см. 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 (см.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 (см. рис. 4).

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

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

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

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

Помимо закономерностей образования структуры, М. изучает условия и причины возникновения при кристаллизации, пластической деформации и рекристаллизации текстуры металлов, которая обусловливает анизотропию свойств поликристаллического материала.

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

Материал из металлического листа (сталь, титан, алюминий и его сплавы) толщиной 0,3 - 1,2 мм с одно- или двусторонним полимерным покрытие (из полеолефинов, поливинилхлоридов, фторопластов и др.) толщиной 0,05 - 1 мм. Полимерное покрытие М. позволяет значительно удлинить срок службы черных металлов, исключить отделочно-окрасочные операции.

М. получают наклеиванием на металлическую полосу заранее изготовленной пленки, погружением металла в расплав полимера, нанесением полимерной пасты или напылением полимера в порошкообразном виде. В определенных условиях М. успешно заменяет коррозионно-стойкую сталь, цветные металлы и их сплавы.