Если изучать свойства одного и того же металла на специально выращенных отдельных кристаллах и на образцах, состоящих из большого числа тех же кристаллов, объединенных в поликристаллические блоки (зерна), то оказывается, что резуль­таты наблюдений или замеров, как правило, сильно отличаются друг от друга.

Для монокристаллов характерна прежде всего анизотропия свойств в различных направлениях. Явление это совершенно оче­видное и естественное. Объясняется оно правильным кристалли­ческим строением монокристалла, а также особенностями взаим­ного расположения атомов и связей между ними в различных кристаллографических плоскостях. Так, для монокристалла железа по различным направлениям определены следующие значения модуля упругости Е:

Кристаллографическое направление Е, кГ/мм2

По ребру куба......................................... 13500

» пространственной диагонали. . . 29 000

» диагонали грани................................. 2 100

Показатели других механических свойств монокристалла чис­того железа также резко изменяются в зависимости от направле­ния испытаний:

Предел текучести ст, кГ/мма....................... 8,2—13^

Предел прочности ов, кГ/мм2..................... 15,6—22,8

Удлинение в момент разрушения Ь, % . 17—84

Все другие механические и физические свойства любых моно­кристаллов также изменяются в зависимости от того, в каких направлениях и плоскостях они определены.

Любой реальный металл представляет собой систему монокри­сталлов. При соединении зерен в единый агрегат свойства их границ, даже для самых чистых металлов, будут отличаться от свойств са­мих зерен в связи с неизбежными искажениями кристаллической решетки. В реальных металлах, к тому же, обычно содержатся различные примеси, способствующие неодновременности (избира­тельности) кристаллизации. Вследствие этого граничные области металла, как правило, отличаются повышенным содержанием при­месей и загрязнений, химическим составом, структурой и, конечно, свойствами.

Межкристаллитные прослойки могут весьма существенно влиять на металл: упрочнять - его или делать пластичным, улучшать или ухудшать его электрические и магнитные свойства, повышать или снижать его коррозионную стойкость и т. д. При переходе от моно­кристалла к поликристаллическому агрегату сильные изменения прежде всего претерпевают все свойства, зависящие от межкри­сталл итных прослоек и границ зерен.

В связи с тем, что в общем случае пространственное располо­жение монокристаллов в блоках статистически беспорядочно, при исследованиях свойств металлов на крупных образцах создается впечатление изотропности свойств (квазиизотропность). При этом на все свойства металла значительное влияние оказывает способ производства и последующей термической обработки. В табл. 2 приведены показатели важнейших механических свойств техни­чески чистого железа, полученного различными методами.

Существенно отражаются на свойствах металла форма и раз­меры зерен, определяющих его металлографическую структуру. Измельчение зерен обычно улучшает все характеристики механи­ческих свойств — прочность, ударную вязкость, а иногда и плас­тичность металла. Влияние измельчения зерна на свойства чистого железа показано в табл. 3 и на рис. 8, 9.

Из табл. 3 видно, что с уменьшением величины зерен пределы прочности и текучести постоянно возрастают. Характеристики пластичности изменяются более сложно. Сначала с уменьшением величины зерна пластичность несколько падает, но затем она вновь повышается и после достижения мелкозернистой структуры (размер зерна менее0,20мм) становится стабильной.

На рис. 8 показано различие между результатами растяжения двух образцов из чистого железа — крупнозернистого (кривая /) и мелкозернистого (кривая //)• Для мелкозернистого образца отчетливо заметно повышение предела упругости (точки Г и /). Ход

кривой II в области более высоких напряжений свидетельствует о том, что показатели прочности тем выше,

чем мельче зерно. Рис. 9 иллюстрирует влияние измельчения зерна на ударную вязкость железа при различных температурах. Особенно важно отметить, что для образцов с измельченным зер­ном (кривая II) ударная вязкость резко падает при более низки* температурах, чем для образцов с крупным зерном (кривая /). Это обеспечивает нормальную работу металлоконструкций даже в зим­них условиях Крайнего Севера.

При некоторых видах механической обработки металлов отдель­ные зерна деформируются и приобретают одинаковое взаимное расположение. Так, при холодной прокатке все зерна деформиру­ются по плоскости наиболее легкого сдвига, вытягиваются вдоль

направления прокатки и потому получают одинаковую ориенти­ровку. Известно, что в этом случае изотропность свойств металла нарушается — показатели механических свойств прокатанного ме­талла вдоль и поперек проката различны.