Металознавство

МЕТАЛОЗНА́ВСТВО  — розділ матеріалознавства, що вивчає залежність між фазовим і хімічним складами, структурою та властивостями металів і сплавів на їхній основі. Осн. завдання М.: створення сплавів зі заздалегідь визначеними комплексами властивостей; встановлення закономірностей формування структури та властивостей ви­­робів при їхніх відливанні, обробленні тиском, терміч. оброб­ленні тощо; встановлення закономірностей зміни структури та властивостей металевих матеріалів при експлуатації виробів з них. Вимоги М. до структури та чистоти сплавів визначають шляхи розвитку сучас. металургії. Становлення М. як науки відбулося у 2-й пол. 19 ст. У цей час англ. природознавець Г.-К. Сорбі та нім. металознавець А.-К. Мартенс (на його честь названо структуру мартенсит) незалежно один від одного займалися розвитком методик металографії із застосуванням мікроскопії. Своїми працями вони заклали основи мікроструктур. аналіз у металів. 1868 рос. металург Д. Чернов увів поняття критич. точок фазових перетворень сталі, що створило умови для розвитку теорії терміч. оброблення. 1888 франц. інж. Ф. Осмонд, застосувавши термопару Ле-Шательє, визначив критичні точки фазових переходів Fe та його сплавів, унаслідок чого започатковано терміч. аналіз. 1882 англ. металург Р.-А. Ґадфільд запатентував високомарганц. сталь (12 % Mn). Сталь Ґадфільда вирізнялася великою зносостійкістю, незважаючи на те, що її не вдалося гартувати. Англ. металург В.-Ч. Робертс-Аустен (Остен; його ім’ям названо структуру аустеніт) дослідив методом терміч. аналізу 16 сплавів Fe з С і побудував 1897 неповну, але близьку до сучасної діаграму стану залізовуглец. сплавів. 1900 амер. дослідники Ф.-В. Тейлор і М. Вайт на Всесвіт. виставці в Парижі представили інструмент. сталь, що містила 4 % Cr та 18 % W, і цим започаткували широке впровадження у металообробну пром-сть нової групи висопродуктив. інструм. матеріалів, відомих нині як швидкорізал. сталі. 1892 Ф. Осмонд запропонував назвати нову науку, що описує будову металів і сплавів, металографією. Останні роки 19 ст. і перші два 10-ліття 20 ст. тривав період класич. металографії, осн. методами якої були мікроструктур. і терміч. аналізи. На поч. 20 ст. знач. вплив на розвиток М. мали праці академік АН СРСР і УРСР М. Курнакова, який застосував для дослідж. металів методи фіз.-хім. аналізу (електр., дилатометр., магніт. тощо). Разом зі своїми учнями він вивчив велику кількість метал. систем, побудував діаграми стану сплавів і встановив залежності між складом, структурою та властивостями сплавів. У 1920-х рр. почали застосовувати рентґеноструктур. аналіз атомно-кристаліч. будови металів і різноманіт. фаз у метал. сплавах, а також механізму структур. зміни у метал. матеріалах при різних видах оброблення. Ці дослідж. виконували нім. вчені М.-Т. Лауе і П.-Дж. Дебай, укр. фізик, чл.-кор. АН СРСР Г. Вульф, англ. вчений В.-Г. Бреґґ і його син В.-Л. Бреґґ, швец. вчені А. Вестґрен і Г. Фрагмен та ін. До поч. 1930-х рр. зміст науки про метали вийшов за рамки класич. металографії, тому вона одержала більш змістовну назву — М. Нині у більшій мірі використовують уявлення фізики твердого тіла і фіз. методи досліджень. Електронна, оже- й іонна спектроскопії, мікрорентґено­спектрал. аналіз дозволяють ґрунтовніше вивчати структуру та склад метал. матеріалів. Характерним для сучас. М. є широке використання вчення про дефекти кристаліч. гратки. У фундам. М. розглядають мікроструктуру, діаграми стану, структуру фаз у метал. сплавах, твердих розчинах, інтерметалідах та ін., механізм і кінетику кристалізації розплаву, фазових перетворень у твердому стані, зміни структури та властивостей металів при хім.-терміч. обробленні, пласт. деформації та руйнуванні, заг. закономірності впливу хім. складу та структури на мех. та ін. властивості. Знач. внесок у її розвиток зробили рос. фахівець у галузі металургії С. Штейнберг і представники його урал. школи металознавців, рос. металознавці А. Бочвар, В. Садовський, С. Конобеєвський, академік НАНУ і РАН Г. Курдюмов, нім. хімік Ф. Велер, амер. металознавці та фізики Е.-К. Бейн, Р.-Ф. Мейл і Ф. Зейтц, англ. вчені В. Юм-Розері та Н.-Ф. Мотт. Сучасне М. вивчає склад, структуру, процеси оброблення та властивості метал. матеріалів конкрет. класів (напр., залізовуглец. сплавів, конструкцій. нержавіючих сталей, жаростій. і міцних сплавів, Al–Cu-сплавів, металокераміки). У зв’язку з розвитком нових галузей техніки важливим стало вивчення поведінки металів і сплавів при радіац. дії, тисках, наднизьких і високих т-рах тощо. Сучасні напрями М. пов’я­за­ні з розробленням танкоплівк., композиц., аморф., надпровід., нано­кристаліч., біо­мед. матеріалів.

Завантажити статтю