Зерно стали

Известно, что размер зерна стали нужно держать как можно более меньшим. Это дает ей высокую вязкость, а также повышает прочность. Горячекатаная или литая сталь поступает от производителя с некоторым размером зерна. Этот размер зерна может значительно изменяться при последующих операциях термической обработки или горячей деформации, например, ковки. Важно понимать, что контролирует эти изменения.

Форма зерна стали

Форма и некоторые свойства зерна стали и других металлов на удивление хорошо можно смоделировать с помощью мыльных пузырей. Простой эксперимент на кухне может дать довольно глубокое понимание геометрии зерен в металлах.

В прозрачный стакан нужно капнуть несколько капель жидкого мыла и добавить теплой воды до толщины слоя на дне 3 мм. Соломинкой или тонкой трубочкой для коктейля слегка перемешать содержимое на дне стакана, а затем сильно продуть в него через соломинку или трубочку.

Силы поверхностного натяжения в жидком мыле аналогичны силам поверхностного натяжения на поверхностях границ зерен металлов. Поэтому форма и характер роста мыльных пузырей очень хорошо моделируют то же самое для зерен металлов. Мыльные зерна дают отличную модель трехмерной формы зерен металлов. Например, такое семигранное мыльное зерно на поверхности стакана с пронумерованными гранями на рисунке 1. Форма зерен хорошо видна на дне стакана.

grain-size-soupРисунок 1 — Моделирование зерна стали мыльными пузырями

Обычные металлографические фотографии структуры зерна  показывают только двухмерное сечение зерен, а мыльные зерна дают возможность визуализировать то, как эти зерна располагаются ниже плоскости фотографии.

Рост зерна стали

Рост зерна металлов можно промоделировать, расположив кончик соломинки в центре стакана и слегка подуть внутрь: пузырь на кончике соломинки будет расширяться.

Возможно, более приятным способом моделировать сущность формы зерна металлов является другой способ: быстро опорожнить бутылку с пивом пивную кружку. Вся пустая бутылка будет заполнена замечательными пузырями, физика которых та же, что и у зерен металлов (рисунок 2).

grain-size-bearРисунок 2 — Моделирование зерна стали в пивной бутылке

Источник: John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for the Non-metallurgist, ASM International, 2007