Металловедение

Материаловедение - наука, изучающая зависимость между химическим составом, строением и свойствами металлов и сплавов, а также влияние на их строение и свойства внешних воздействий (тепловых, механических, электрических, магнитных и др.).
Впервые связь между строением стали и ее свойствами была установлена П.П.Аносовым (1799-1855). Важнейшие научные положения материаловедения были разработаны русским металлургом Д.К. Черновым (1839-1921), который в 1868 году открыл структурные превращения в стали при нагреве и охлаждении, а в 1878 г. изложил основы современной теории кристаллизации металлов. Эти и последующие работы Д.К.Чернова послужили фундаментом для создания современного материаловедения и термической обработки стали.
В начале ХХ века большую роль в развитии материаловедения сыграли работы Н.С. Курнакова, применившего для исследования металлов методы физико-химического анализа (электрический, магнитный, дилатометрический и др.). Н.С. Курнаков и его ученики изучили большое количество металлических сплавов, построили диаграммы состояния и установили зависимость изменения свойств сплавов от их состава в связи с типом диаграммы состояния. Использование рентгеновского анализа в начале 20-х годов ХХ века позволило установить кристаллическое строение металлов и сплавов. Эти исследования выполнили такие крупнейшие ученые, как М. Лауэ и П. Дебай (Германия), Г.В. Вульф (СССР), У.Г. Брегг и У.Л. Брегг (Англия) и др.

Стали, применяемые в строительстве, поступают без термической обработки или после термоупрочнения с прокатного нагрева; термической обработке у потребителя эти стали не подвергаются. Стали на машиностроительные предприятия поставляются металлургическими заводами без термической обработки, после отжига или высокого отпуска. На машиностроительных заводах детали машин проходят термическую обработку для получения заданных свойств. Нередко их подвергают на металлургических заводах рафинированию жидким синтетическим шлаком (Ш) в ковше, а также электрошлаковым переплавом (ЭШ). В некоторых случаях проводятся вакуумно-дуговой переплав (ВД) и выплавка в вакуумных индукционных печах (ВИ). Использование этих методов рафинирования стали снижает загрязненность ее неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами, силикатными включениями и т.д.), вредными примесями (S) и газами, уменьшает количество дефектов (волосовины и пористость).
Повышение чистоты металла обеспечивает получение более высокой конструктивной прочности стали, главным образом благодаря увеличению работы развития трещины КСТ и трещиностойкости К1с. Однако порог хладноломкости, определяемый по виду излома, в результате применения новых методов рафинирования изменяется мало. Прочность и пластичность после переплавов практически не меняются, но уменьшение неметаллических включений и их глобуляризация снижают анизотропию свойств пластичности и вязкости. Уменьшение содержания в приграничных объемах зерна примесей и неметаллических включений повышает склонность стали, полученной Ш, ЭШ, ВД и ВИ, к росту зерна аустенита при нагреве. Нередко стали поставляют с регламентированными прокаливаемостью, величиной зерна, долей вязкой составляющей в изломе, ударной вязкостью при - 60ºС и т.д.