Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме




Скачать 11,06 Kb.
НазваниеМатериаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме
страница5/9
Дата03.02.2016
Размер11,06 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9

3.4*. Методы исследования



В предыдущих разделах рассказано о том, какие сведения материаловед заносит в паспорт материала при знакомстве с ним. Теперь пришла пора познакомиться с тем инструментарием, которым пользуется материаловед в своей практике. Поскольку главную информацию о материале материаловед получает со шлифа, основным его инструментом являются, естественно, микроскопы различной конструкции (п. 3.4.1). Одна из трудностей, с которой постоянно сталкивается материаловед, заключается в том, что металлы  непрозрачные тела. Поэтому количественные параметры трехмерного объекта обычно определяются при исследовании его сечений. Таким образом, независимо от типа микроскопа, информация, получаемая с его помощью, относится, как правило, к плоскому изображению трехмерного объекта. В этой связи возникает проблема реконструкции информации о трехмерном объекте по информации, получаемой с его плоского шлифа. Некоторые аспекты этой проблемы рассмотрены в п.3.4.2  3.4.4.

3.4.1*. Общие сведения



Для решения основной задачи материаловедения используются различные методы исследования, в частности структурные и физические [71]. К структурным методам относятся такие, которые основаны на наблюдении строения металла или сплава (макро- и микроскопический анализ, просвечивающая и растровая электронная микроскопия и др.). Физические методы основаны на измерении различных физических свойств материалов: тепловых, механических, магнитных, электрических и др.

Макроскопический анализ заключается в исследовании макроструктуры металлов и сплавов, под которой понимается строение металла, видимое невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз). При изготовлении макрошлифа после шлифования образцы травят в специальном реактиве. Травление происходит неравномерно по поверхности; места скопления примесей, различные несплошности (раковины, поры, трещины) и другие дефектные участки структуры травятся сильнее. На поверхности макрошлифа появляются углубления, попадая в которые, отраженный свет рассеивается, и эти участки воспринимаются глазом, как темные, в то время как гладкие, менее сильно травящиеся, участки поверхности кажутся светлыми.

Метод отпечатков основан на том, что изображение структуры появляется не на самом шлифе, а бумаге, ткани или пленке, на которые нанесен соответствующий реактив. Материал с нанесенным на него реактивом прижимают к поверхности шлифа. В результате взаимодействия реактива с отдельными структурными составляющими на бумаге или другом материале образуются характерные окрашенные продукты. Таким способом, например, выявляют неравномерное распределение (ликвацию) серы в стали.

Микроструктурой называется внутреннее строение металла, наблюдаемое с помощью оптических микроскопов, обеспечивающих увеличение от 50 до 2 000 раз. Впервые такой анализ был применен выдающимся русским ученым П.П.Аносовым в 1831 г. для исследования микроструктуры стали. Микроанализ  наиболее часто используемый метод исследования, позволяющий изучить форму и размер кристаллических зерен, различить в структуре сплава частицы (зерна), имеющие разный химсостав, обнаружить неметаллические включения, несплошности и т.д. Наиболее важным преимуществом микроанализа является возможность различить (выделить) в структуре сплава различные фазы сплава, что невозможно сделать методом макроанализа.

При изготовлении микрошлифа после шлифования на самой мелкозернистой шлифовальной бумаге осуществляют полирование  механическое или электролитическое. При электролитическом полировании поверхность образца получается без царапин, что особенно важно для мягких сплавов; кроме того электрополирование устраняет наклеп, возникающий в поверхностном слое образца при механическом полировании. Получающаяся после полирования зеркальная поверхность под микроскопом имеет вид светлого круга и не позволяет судить о строении металла или сплава. Для выявления микроструктуры приготовленную поверхность подвергают травлению, для чего используют растворы кислот, щелочей, солей. При травлении в результате различной интенсивности растворения отдельных структурных составляющих на поверхности микрошлифа образуется рельеф, что дает возможность использовать для его анализа различные микроскопы.

Используемые в нашей стране металлографические микроскопы МИМ-7, МИМ-8 дают увеличение от 60 до 1 350 раз, а при фотографировании  до 2 000 раз. Более совершенной моделью вертикального микроскопа является микроскоп ММР-4, в число достоинств которого входит то, что в комплект оптики объективы вмонтированы на револьверной головке, поворот которой включает в систему тот или иной объектив и таким образом обеспечивает их быструю замену. Кроме того, микроскоп имеет специальную систему линз, позволяющую менять увеличение в 23 раза без дополнительной фокусировки. Микроскоп снабжен бинокулярной насадкой, обеспечивающей удобство наблюдения микроструктуры. Общее увеличение микроскопа ММР-4 составляет от 50 до 1 500 раз.

Широкой известностью пользуются микроскопы фирмы К. Цейсса (Германия), особенно горизонтальный исследовательский микроскоп "Неофот-21", который обеспечивает увеличение от 10 до 2 000 раз и позволяет использовать все виды освещения.

Для электронномикроскопических исследований применяются электронные микроскопы различных типов: просвечивающие, растровые, эмиссионные и др. Наиболее широко используются микроскопы первых двух типов. Просвечивающий электронный микроскоп работает по схеме проходящих электронных лучей. Для металловедческих исследований обычно используют микроскопы с ускоряющим напряжением 100200 кВ, позволяющие просвечивать объекты толщиной до нескольких сотен ангстрем  не более. Поэтому при использовании такого микроскопа необходимо делать фольги, вырезая их из деформированных образцов.

Метод растровой электронной микроскопии основан на зондировании поверхности изучаемого образца тонко сфокусированным электронным зондом (диаметром до 5  10 нм). Он используется для исследования структуры сплавов, характера распределения частиц по форме и размерам, изучения микрорельефа и т.д.

Рентгеноструктурный анализ основан на проникновении в металл и отражении рентгеновских лучей атомами, расположенными в кристалле в определенном порядке, т.е. от кристаллографических плоскостей решетки. Рентгеноструктурный анализ используется для установления типа и периода кристаллической решетки исследуемого материала, исследования несовершенств, дефектов атомно-кристаллической структуры, изучения текстуры материала после его обработки, анализа фазового состава, оценки остаточных внутренних напряжений и т.д. Рентгеновские аппараты, которые работают по методу прямого измерения интенсивности рентгеновских лучей, называются рентгеновскими дифрактометрами (ДРОН 2,0; ДРОН 3,0 и др.).

Конечно, все рентгеновские и электронномикроскопические методы исследования включают в себя специальные методики расшифровки набюдаемых картин, основанные на принятии ряда гипотез о структуре материала и его взаимодействии с пучком электронов.

Среди физических методов исследования особое место принадлежит термическому анализу, который применяется для определения критических точек  температур, при которых в металлах или сплавах происходят внутренние превращения. Впервые обратил внимание на связь между характером изменения температуры стали и внутренними превращениями, происходящими в ней, выдающийся русский ученый Д.К.Чернов. Не имея прибора для измерения температуры, Д.К.Чернов наблюдал за изменением цвета каления стали невооруженным глазом. Он обнаружил, что при охлаждении раскаленной стали, когда цвет ее каления становится темно-вишневым, неожиданно происходит дополнительный разогрев, о чем можно судить по вспышке цвета стали, которая становится ярче и светлее. Д.К.Чернов связал наблюдаемый тепловой эффект выделения тепла при охлаждении с внутренним превращением в стали. Изучение этого явления привело его к открытию в 1868 г. критических точек стали, впоследствии названных его именем.

3.4.2*. Определение величины зерна



Величину зерна металла или сплава могут характеризовать следующие показатели: среднее число зерен на единице площади шлифа, средняя площадь зерна, средний линейный размер (диаметр) зерна.

Для быстрой приближенной оценки размера зерна используют метод сравнения наблюдаемой микроструктуры, в которой границы зерен выявлены достаточно хорошо, с эталонными микроструктурами, для которых размеры зерен известны. Эталонным микроструктурам присвоены условные порядковые номера в соответствии с размерами зерен. Таким образом, каждый эталон характеризуется определенным номером (баллом) зерна. Сравнение наблюдаемой структуры с эталоном проводят при одинаковом увеличении. Размер зерна металла оценивают номером (баллом) выбранной эталонной структуры.

Для более точного определения размеров различных составляющих структуры используют методы количественной стереографической металлографии. Наиболее простыми из них являются метод подсчета числа зерен на заданной площади шлифа и метод случайных секущих.

Метод подсчета числа зерен на единице площади (метод Джеффриса) заключается в том, что на матовом стекле микроскопа или на фотографии микроструктуры выбирают площадку в виде круга или квадрата известных размеров. Подсчитывают число зерен n1, целиком поместившихся на выбранной площади и число зерен n2, размещенных на ней только частично (пересекаемых краями выбранного шаблона  окружностью или сторонами квадрата). Полное число зерен на площади круга определяют по формуле: n=n1+0,5n2. Для получения достоверных результатов число зерен подсчитывают на нескольких участках микрошлифа, т.е. используют несколько полей зрения. Всего должно быть подсчитано не менее 150200 зерен.

3.4.3*. Определение объемной доли фаз



Метод случайных секущих, упомянутый в предыдущем пункте, может быть использован также и для установления доли объема сплава, занимаемой частицами определенной фазы или определенной структурной составляющей. Использование этого метода основано на принципе КавальериАкера, согласно которому доля объема сплава, приходящаяся на данную структурную составляющую, равна доле площади, занятой этой составляющей в случайном сечении, или доле длины секущей, приходящейся на эту составляющую. Если на микрофотографии провести прямую, пересекающую несколько структурных составляющих, то, подсчитав суммарную длину отрезков, приходящихся на интересующую исследователя составляющую ( l), и разделив полученное значение на общую длину секущей L, получают объемную долю исследуемой составляющей в сплаве: vоб =L-1l.

Длину отрезков можно измерить на микрофотографии с помощью масштабной линейки: на матовом стекле микроскопа или непосредственно в поле зрения микроскопа с помощью окуляр-микрометра (окуляра, в который вставлен стеклянный круг со шкалой). Для измерения достаточного количества отрезков (всего измеряют 100300 таких отрезков) шлиф последовательно перемещают относительно шкалы окуляр-микрометра. Поскольку проводятся относительные измерения (l/L), масштаб шкалы окуляр-микрометра и увеличение микросокопа в расчете не учитываются.

Для количественного металлографического анализа применяют автоматические количественные анализаторы изображения различных конструкций (типа "Квантимет" (Англия); "Эпиквант" (Германия) и др.). Это сложные приборы, работа которых основана на анализе яркости отдельных составляющих в изображении структуры, полученном с помощью обычного микроскопа.


3.5.4*. Методы количественной металлографии



Металлографические измерения обычно проводятся для получения данных о микроструктуре: распределение зерен по их размерам, относительное содержание различных микроструктурных составляющих (т.е. соотношение фаз), размеры и распределение каждой фазы, закон распределения двугранных углов по их величинам и др.

Основной принцип, на котором базируется определение относительного содержания фаз в многофазных сплавах, аналогичен описанным выше; он заключается в том, что объемная доля данной фазы считается равной относительной площади, занимаемой этой фазой в произвольном плоском сечении образца, а также доле ее на произвольной линии, проходящей через образец сплава. Объемная доля фазы иногда определяется как доля точек, попадающих в пределы этой фазы, в общем количестве случайно выбранных на шлифе точек. Многим было трудно признать этот принцип и согласиться с равенством величин относительного содержания фазы, определенных как доли объема, площади, линии и точек. Однако строгое математическое доказательство этого утверждения при очень большом объеме выборки было дано еще Делессом в 1848 г. и Розивалем в 1903 г. [71].

Вторым важным аспектом количественной металлографии (после установления объемной доли фаз) является нахождение распределения размеров. Существуют три основных способа измерения величины сферических частиц второй фазы1 [71]. Эти методы характеризуются измерениями либо площади, занимаемой частицами в плоском сечении, либо диаметра сечений сферических частиц на шлифе, либо длины отрезков (хорд) секущей линии, попадающих на сечения сферических частиц. Есть два важных аспекта такого типа измерений. Во-первых, часто представляет интерес определение соотношения между средним размером частиц в реальном образце и средним размером, полученным на плоском сечении. Решение этой задачи дает возможность связывать свойства материала с реальным пространственным распределением частиц по размерам. Во-вторых, существуют более тонкие исследования, целью которых является получение распределения частиц по размерам и данных по их плотности в пространстве. Подобного типа анализ часто необходим при исследовании зарождения и роста частиц в ходе, например, полиморфных превращений. Общее соотношение между величиной частиц, полученной путем измерений на двумерных сечениях, и истинным их размером было дано Фуллменом [71]; более детально этот вопрос изучил Шайль [71].

В случае сферических частиц одинакового размера радиус сфер может быть легко найден по результатам определения средней площади сечения (круга) Аср или средней длины отрезка iср по формулам [71]:

Аср = 2r2/3, iср = 4r/3, (3.4.1)

где r  радиус сферических частиц. Однако в действительности систем с частицами только одного размера и только сферической формы не существует. В том случае, когда дисперсная -фаза состоит из сфер, имеющих разные диаметры, истинный средний размер сфер и соответствующее число частиц могут быть определены из наблюдений, выполненных на плоском сечении, с помощью более сложных соотношений, с которыми можно познакомиться по специальной литературе.

В заключение необходимо подчеркнуть, что количественная металлография не является какой-то уже сформировавшейся законченной наукой. Она бурно развивается вплоть до самого последнего времени. Каждый исследователь разрабатывает свои собственные методы количественного анализа информации. Например, авторами работы [26] предложена методика расчета закона распределения величин двугранных углов по экспериментальной гистограмме плоских углов, измеренных на шлифе1 . В отличие от стандартной методики ХаркераПаркера, она позволяет, по утверждению авторов, найти закон распределения двугранных углов без каких-либо первоначальных предположений о его характере.

1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon-
Современная Русская публицистика не обходит вниманием "украинскую тему". Однако, касаясь тех или иных ее частных сторон, с загадочным...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconК урокам обобщения по русскому языку
Процесс обучения представляет в настоящее время сложную, методологически развивающуюся деятельность в системе «ученик – учитель»,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Развитие эмоционально чувственного опыта у детей через театрализованную деятельность»
«Все дети, решительно все, рождаются талантливыми в той или иной области искусства. Бездарность ребёнка всегда результат воспитания,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconНаучный метод исследования религии
Наука же в своих исследованиях религии опирается на эмпирический материал, фактические данные, полученные на основе непосредственных...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредисловие от переводчиков
Для множества фигурирующих в книге Гейтса понятий в русском языке еще нет устоявшихся терминов, и мы оказались вынуждены взять на...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредварительные усилители и фильтры
Эти решения защищены не только патентами. В них используют заказные микросхемы, маркировка типовых элементов уничтожается, принципиальные...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Преемственность в работе доу и школы» (2ч)
Преемственность- это специфическая связь м/у разными этапами развития, сущность которой состоит в сохранении тех или иных элементов...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗадача годового курса (40 лекций + 40 семинарских занятий) ознакомить слушателей с теоретическими основами современной механики деформируемого твердого тела (мдтт),
Мдтт, показать единое целое механики конструкций и механики материалов, задачи моделирования, технологических задач, оптимального...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗначимость конфессиональных отношений в стабилизации современных социальных процессов
Она может выступать как фактор возникновения, формирования и легитимизации тех или иных форм социальных действий, социальных отношений....
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПаспорт проекта наименование проекта
И теперь возникла большая необходимость её заполнить. Наше сегодняшнее желание знать, какой же была народная игрушка, как ею играли,...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница