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 імʼям 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 звʼязку 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. повʼя­за­ні з роз­робле­н­ням танкоплівк., композиц., аморф., над­провід., нано­кри­сталіч., біо­­мед. матеріалів.