Методы изучения металлов и их сплавов, используемые в металловедение, можно представить в виде 4 групп:
- механические
- физические
- химические
- структурные.
Этими методами для каждого металла и сплава могут быть получены всесторонние характеристики, определяющие степень пригодности их для того или иного назначения. Но основная задача металловедения заключается не в нахождении тех или иных характеристик отдельных металлов, а в установлении связи между этими характеристиками и нахождении законов изменения их под влиянием внешних факторов.
Между отдельными свойствами металла в большинстве случаев существует лишь известный параллелизм в изменении их. Так, например, увеличение твердости часто сопровождается увеличением прочности и понижением пластичности, но между этими изменениями нет определенной зависимости.
Определенная причинная зависимость обнаруживается лишь между свойствами механическими, физическими и химическими, с одной стороны, и структурными — с другой. Для каждого из свойств первого ряда можно указать зависимость его от структурных характеристик — от величины зерна, от количественного соотношения структурных элементов, от степени дисперсности многофазных структурных элементов, от количества неметаллических включений.
Но так как численные характеристики структуры почти отсутствуют, то графическое изображение указанной зависимости встречается редко. Графически можно представить зависимость какого-либо свойства лишь от величины зерна, так как последняя определяется довольно точно, и построение диаграммы «величина зерна-свойства» не представляет никаких затруднений. Такие диаграммы в современном металловедении применяются очень часто и дают наглядную картину изменения свойств металла при изменении его зернистости.
Еще чаще применяются диаграммы, выражающие изменения свойств металла в зависимости от внешних факторов: состав, температура, давление, время, механическая обработка, магнитное поле.
Из диаграмм «состав-свойства» наиболее разработанными являются так называемые диаграммы состояний, показывающие изменение температур разных превращений с изменением состава сплавов. Эти диаграммы получаются путем термического анализа сплавов и представляют основу современной металлографии.
Диаграммы, выражающие зависимое других свойств сплавов от их состава, разработаны менее подробно, но они имеются все же для многих сплавов.
Диаграммы «температура-свойства» встречаются в двух видах: в одних из них изображается зависимость свойств от температуры испытания, в других — от температуры той или иной термической обработки (закалки, отпуска, отжига). Оба этих вида диаграмм имеются в значительном количестве, особенно для Fе-С сплавов.
Диаграммы «давление-свойства» мало разработаны, так как изменение свойств сплавов под влиянием стороннего давления чрезвычайно мало и делается слабо заметным лишь при громадных величинах этого давления.
Диаграммы «время-свойства» имеются трех видов: в одних сражается связь между свойствами и временем, в других — зависимость свойств от скорости охлаждения и в третьих — зависимость свойств от длительности воздействия внешних факторов на металл. Первыми диаграммами характеризуется процесс старения сплавов, при котором в них с течением времени происходят фазовые и другого рода изменения, сопровождающиеся изменением свойств.
Эти диаграммы старения являются очень важными для многих технических сплавов, особенно цветных. С увеличением числа стареющих сплавов растет и количество диаграмм старения. Но все же полнота в изучении процесса старения для всех сплавов еще не достигнута, и это изучение продолжается до настоящего времени.
Другой вид диаграмм «время—свойства», изображающий зависимость свойств от скорости охлаждения, довольно подробно разработан для Fе-С сплавов и менее подробно для цветных сплавов. Эти диаграммы особенно ценны при термической обработке, когда скорость охлаждения является наиболее важным фактором, определяющим свойства сплава.
Наконец, третий вид диаграмм «время-свойства» выражает, как сказано, изменение свойств металла в зависимости от длительности воздействия на него механических, химических и физических факторов.
Это изменение свойств обусловливается степенью полноты происходящих в металле фазовых или других изменений и приближением его к равновесному состоянию. Этого рода диаграммы также имеют большое значение при термической обработке, при коррозионных испытаниях, при цементации и прочих. Количество таких диаграмм очень велико, и число их растет с каждым годом. Из диаграмм «механическая обработка-свойства» имеется больше всего диаграмм, показывающих зависимость свойств от холодной деформации, причем степень последней определяется по изменению сечения металла и выражается процентным уменьшением конечного сечения по сравнению с исходным.
Для горячей обработки аналогичных диаграмм очень мало, так как в этом случае мощным фактором, резко изменяющим свойства, является скорость охлаждения по окончании обработки, и исключить влияние этого фактора — задача очень трудная.
Наконец, диаграммы «магнитное поле-магнитные свойства» имеются лишь для ферромагнитных сплавов, для которых указанная зависимость выражена очень отчетливо и представляет большой научный интерес.
Таким образом, все содержание металловедения может быть представлено большим количеством диаграмм, изображающих графически те закономерности, которым подчиняются свойства металлов при различных внешних условиях их существования и службы в изделиях.
