Что происходит при нагревании металлов?Нагрев металла приводит сразу к нескольким последствиям, вот основные из них.1. Металл термически расширяется во всех направлениях, т.е. увеличивается его длина, ширина и площадь поверхности. При нагревании металла его атомы и молекулы начинают двигаться быстрее, межатомные связи ослабевают, что приводит к увеличению расстояния между ними и увеличению объема металла. При остывании размеры восстанавливаются.2. Подавляющее большинство металлов и сплавов с повышением температуры повышают свою пластичность, в том числе железо, сталь, медь, алюминий и его сплавы, магний, латунь и др. В то же время эти металлы приобретают способность поддаваться ковке, т. е. изменять форму без разрушения под действием внешней силы. Например, для стали, нагретой до 700°C (1292°F), требуется в 4,5 раза большее усилие ковки, чем для стали, нагретой до 1200°C (2192°F). Другие металлы и сплавы (серый чугун, оловянная бронза, цинковые сплавы) при нагревании не деформируются; они хрупкие и ломаются при ударе.Кристаллы металлов обычно имеют правильную структуру с атомами, расположенными в определенном порядке. Однако при нагревании металла атомы становятся более подвижными, и металл становится более пластичным. Нагрев металла также может вызвать изменение типа его кристаллической структуры. Изменение структуры приведет к уменьшению или увеличению пластичности, ведь тип структуры оказывает решающее влияние на свойства металлов. Это объясняет, почему эффект изменения пластичности при нагреве наблюдается по-разному для разных металлов.3. Тепловое излучение металлов при нагреве вызывает темно-вишневое свечение стали, заметное уже при нагреве до 550°С (1022°F), а при 850°С (1562°F) оно переходит в ярко-красное, а затем на оранжевый (950°C, 1742°F), желтый (1000°C, 1832°F) и белый (1300°C, 2372°F и выше).Как видите, спектр теплового излучения зависит от температуры, поэтому наблюдение за цветами закалки можно использовать для оценки температуры металла, что часто применялось при термической обработке и ковке, особенно до изобретения бесконтактных термометров. . Названия цветов свечения: «красное каление», «белое каление» часто до сих пор используются металлургами вместо определения точной температуры.Изменение цвета излучения связано с увеличением энергий внутренних взаимодействий, возбуждения и релаксации атомов металла при повышении температуры. Чем выше температура, тем интенсивнее это излучение. Его спектр постепенно обогащается коротковолновым излучением, возникающим в результате взаимодействий с повышенной энергией. Поэтому основной вклад инфракрасного излучения при низких температурах меняется с повышением температуры на видимый световой диапазон и на ультрафиолетовое излучение при очень высоких температурах.4. Повышение температуры может вызвать окисление поверхности металла и образование на ней оксидного слоя. В случае стали такой слой может образовывать тонкую прозрачную металлическую пленку, которая остается при понижении температуры до комнатной. При этом поверхность металла приобретает радужную окраску. Это связано с тем, что поверхность покрыта тонким прозрачным слоем и работает как зеркало. Когда этот слой очень тонкий, он отражает только определенные цвета дневного света, что является результатом интерференции.До появления пирометров этот эффект также использовался как показатель температуры нагрева железа и стали. По цветам судили о температуре нагрева стальной стружки и, соответственно, резца при операциях сверления и резания. В настоящее время его применяют для создания маркировки на поверхностях черных металлов и титана путем локального нагрева, в том числе лазерного отжига.5. При дальнейшем нагреве стали выше 1300 °C (2372 °F, конкретная температура зависит от марки стали) может начаться плавление металла. Плавление происходит за счет того, что атомы приобретают большую энергию и разрушаются межатомные связи, а атомы теряют свое статическое положение в кристаллах и могут перемещаться по объему материала. Это приводит к потере первоначальной формы и должно быть предотвращено при термической обработке металлов.Вот мы и рассмотрели вкратце очевидные процессы, происходящие с металлом при его нагревании. Однако изменения свойств металлов, вызванные термической обработкой, обусловлены рядом не столь очевидных причин. Эти изменения связаны с изменением структуры металла, и мы обсудим это более подробно.