Методы выявления микроструктуры материала, методы пробподготовки

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Содержание

Общая информация о структуре материала и ее влиянии на свойства.............3

Методы выявления микроструктуры материала, методы пробподготовки…..5

Методы оценки микроструктуры материала и основные характеристики…..10

Оценка микроструктуры материала. Цель, особенности пробобработки …..13

Определение механических свойств металлических материалов …………...15

Библиографический список……………………………………………………..18

Общая информация о структуре материала и ее влиянии на свойства

Кристаллическая структура. Кристаллическая структура – это такая структура, которой свойственно упорядоченное расположение частиц в строго определенных точках пространства, которые образуют кристаллическую решетку. Эта упорядоченность позволяет экспериментально и теоретически полностью изучить структуру твердого состояния и явления, связанные с природой сил взаимодействия в кристаллических телах.

Кристаллическая структура образуется при очень медленном охлаждении расплава, когда атомы (ионы) имеют возможность перемещаться в пространстве и занимать наиболее устойчивые положения, в которых их потенциальная энергия в силовом ноле окружающих атомов минимальна. Для удаления атома из вещества нужно сообщить ему энергию, достаточную для преодоления удерживающих сил. Эта энергия характеризует силу связи атома в кристалле.

Анизотропия кристалла — неравномерность свойств в разных направлениях — является следствием периодичности расположения атомов в кристалле. От направления зависят не все свойства, а только те, которые характеризуются векторными величинами (прочность, упругость, теплопроводность, удлинение). Анизотропия материалов обусловлена также их макростроением, например расположением волокон древесины вдоль оси ствола.

Полиморфизм — способность некоторых веществ под действием температуры и давления изменять структуру кристаллической решетки, образуя несколько аллотропических модификаций одного и того же вещества. Хорошо известны две модификации углерода: графит (один из самых мягких минералов) и алмаз (самый твердый минерал). Кварц (Si02) при нагревании до 573 °С переходит из р - в а-модификацию; затем при температуре 870 °С он переходит в тридимит, который при температуре 1 470 °С переходит в кристобалит. Явление полиморфизма часто наблюдается у металлов.

Изоморфизм — способность близких по составу веществ встраиваться в кристаллическую решетку друг друга без изменения ее структуры, т. е. образовывать твердые растворы замещения (изоморфные смеси).

В реальных кристаллах далеко не все атомы располагаются правильным образом. В отдельных узлах кристаллической решетки атомы могут отсутствовать, образуя вакансии; некоторые атомы могут находиться в междоузлии. В решетку могут быть внедрены чужие атомы — примеси.

Если одна из атомных плоскостей (совокупность атомов, находящихся в одной плоскости), начинаясь на одном конце кристалла, обрывается внутри его и не доходит до другого конца, то такой дефект называется краевой дислокацией.

Существует также винтовая дислокация — смещение атомов, при котором атомные плоскости образуют одну винтовую поверхность. Дефектом является также граница между зернами в кристаллических материалах — зона перехода между кристаллами, повернутыми относительно друг друга на некоторый угол. Она представляет собой поверхность выхода дислокаций.

Аморфная структура.

Аморфная структура образуется при быстром охлаждении расплава, когда атомы при переходе в твердое состояние не успевают образовать кристаллическую решетку, а остаются вблизи тех положений, которые занимали в жидкости. Аморфная структура не является совершенно беспорядочной. Некое подобие порядка наблюдается в ближайшем окружении атомов. Аморфное состояние вещества является термодинамически неустойчивым (метастабильным) в отличие от кристаллического состояния. Поэтому при нагреве, когда атомы приобретают определенную подвижность, в аморфном теле происходит кристаллизация. Термодинамическая неустойчивость обусловливает и более высокую химическую активность аморфных веществ.

Аморфные вещества прозрачны, так как не имеют границ между кристаллами, рассеивающих световые волны. Такие вещества называются стеклами, а их структура — стеклообразной. В строительстве применяются стекла, получаемые из минеральных и полимерных расплавов.

Материалы с жидкой дисперсионной средой (на стадии формования) имеют коагуляционную структуру со сравнительно слабыми контактами, осуществляемыми через жидкую прослойку и допускающими сдвиг частиц относительно друг друга. Расстояние между частицами (толщина прослойки) зависит от концентрации дискретной фазы и составляет от 1 до 100 нм. К малоконцентрированным системам относятся многие лакокрасочные материалы, представляющие собой суспензии тонкодисперсных пигментов и наполнителей в связующей жидкости. Высококонцентрированными дисперсными системами являются бетонные и растворные смеси, керамическая масса, мастики и др.

Для материалов с твердой дисперсионной средой характерны прочные контакты между «сросшимися» частицами. Структуру аморфных тел в этом случае называют конденсационной, а структуру кристаллических фаз — кристаллизационной.

Методы выявления микроструктуры материала, методы пробподготовки

Микрошлифом называют небольшой образец металла, имеющий специально приготовленную поверхность для проведения микроанализа.

Хорошо приготовленный микрошлиф должен отвечать ряду требований:

– прежде всего, он должен быть представительным для структуры и свойств изучаемого объекта (детали);

– вырезка, шлифование и полирование образца должны осуществляться таким образом, чтобы на его поверхности оставался минимальный слой металла, деформированного шлифоприготовлением;

– на поверхности шлифа не должно быть царапин, рисок, ямок и загрязнений;

– в процессе приготовления шлифа не должно происходить выкрашивания неметаллических включений, карбидных и некоторых других фаз;

– поверхность шлифа должна быть плоской и гладкой для обеспечения исследования его при больших увеличениях.

Вырезку образцов следует проводить, соблюдая определенные меры предосторожности, чтобы не вызвать изменения структуры из-за наклепа или нагрева.Наиболее часто для вырезки образцов в металлографических лабораториях используют отрезные станки с абразивными кругами. Для удовлетворительной резки, обеспечивающей отсутствие прижогов и значительного деформационного повреждения поверхности, важно выбрать соответствующий круг и режим резания:

– для резки сталей предпочтительнее использовать круги с абразивными частицами из Al₂O₃;

– для резки цветных металлов – круги с частицами SiC;

– грубозернистые круги обычно более быстро и с меньшим нагревом режут крупные сечения, а мелкозернистые позволяют получить лучшую чистоту поверхности и исключить прижог при резке деталей малого сечения;

– для резки мягких материалов обычно применяют твердые круги (с твердым связующим материалом), а для резки твердых материалов – мягкие круги.

Подготовка поверхности. Плоскость для исследования выбранной поверхности шлифа получают механической обработкой (торцеванием, фрезерованием, опиливанием, шлифованием) с обязательным охлаждением, не допуская нагрева. Для ручной обработки шлифа удобны образцы прямоугольной или цилиндрической формы диаметром 10–15 мм или со стороной квадрата 10–15 мм, высотой 15–20 мм. При массовом исследовании и механической подготовке шлифов в соответствии с формой и размерами образцов изготавливают специальные держатели .

Шлифование. После получения плоской поверхности образцы вручную или на специальных станках (рис. 3) шлифуют крупнозернистой шлифовальной шкуркой с постепенным переходом к мелкозернистой. Шлифование проводят в одном направлении до тех пор, пока не исчезнет рельеф от обработки шкуркой предыдущего номера (т. е. поворачивать образец на 90^° можно только при переходе к шлифованию шкуркой другой зернистости).После шлифования для удаления остатков абразива шлиф промывают водой, а затем полируют.

Полирование. Полирование служит для удаления мелких рисок, оставшихся после шлифования, и получения гладкой зеркальной поверхности шлифа.Полирование осуществляется вручную или на автоматических станках

При ручном полировании образец непрерывно перемещают от центра к периферии, что обеспечивает равномерное распределение абразива и однородный износ полировального материала. Кроме того, образец периодически вращают или перемещают «восьмеркой», чтобы исключить образование «хвостов» около неметаллических включений и частиц выделившихся фаз. Чаще полирование проводят на специальном полировальном станке, диск которого обтянут тканью (фетр, сукно, бархат). В качестве абразива применяют окислы железа, алюминия, хрома и т. д. с водой.

Для выявления полной микроструктуры поверхность шлифа подвергают травлению, т. е. воздействию химически активных растворов щелочей, солей, кислот в спирте или воде. Конкретный химический реактив для травления выбирают, исходя из состава исследуемого металла, его предшествующей обработки и цели исследования. В процессе травления реактив неодинаково взаимодействует с различными участками поверхности микрошлифа, что приводит к разной степени их травимости. Принцип травления многофазных сплавов заключается в избирательном растворении (вследствие разных скоростей растворения фаз в травящем реактиве) либо окраске одной или нескольких фаз благодаря разнице в химическом составе и в меньшей степени – различной ориентации структурных составляющих.

Реактивы для микроисследования структуры сплавов

Наименование реактива	Состав реактива	Особенности применения реактива
Для травления углеродистых, низколегированных сталей и чугуна
Спиртовой раствор азотной кислоты (реактив Ржешотарского)	Азотная кислота 1–5 мл, этиловый (или метиловый) спирт 100 мл.	Окрашивает перлит в темный цвет, выявляет границы зерен феррита, структуру мартенсита. Для выявления структуры азотированной и цементированной стали.
Спиртовой раствор пикриновой кислоты (реактив Ижевского)	Пикриновая кислота (кристаллическая) 3–5 мл, этиловый (или метиловый) спирт 100 мл.
Раствор соляной и пикриновой ки- слот	Соляная кислота 3 мл, пикриновая кислота 4 г, вода 100 мл.	Для выявления границ зерен в закаленной стали.
Раствор азотной и соляной кислот	Азотная кислота 25 мл, соляная кислота 50 мл, двухромокислый калий 12 г, вода 25 мл.	Для выявления границ зерен в закаленной стали. Травление в реактиве, выдержанном 24–48 ч; время травления 1–2 с.
Для травления высоколегированных сталей
Раствор азотной и соляной кислот в глицерине	Азотная кислота 10 мл, соляная кислота 20–30 мл, глицерин 30 мл.	Для выявления структуры высокохромистой, быст- рорежущей и аустенитной стали в закаленном состоянии.
Солянокислый раствор хлорного железа	Хлорное железо 5 г, соляная кислота 50 мл, вода 100 мл.	Для выявления структуры высоконикелевой нержавеющей стали.
Солянокислый раствор медного купороса (реактив Марбе)	Сернокислая медь 10 г, соляная кислота 50 мл, вода (или этиловый спирт) 50 мл.	Для выявления структуры сложнолегированной аустенитной стали.
Для травления меди и медных сплавов
Солянокислый раствор хлорного железа	Хлорное железо 10 г, соляная кислота 25 мл, вода 100 мл.	Для выявления структуры меди, латуни оловянной, бронзы и т. д.
Для травления алюминиевых сплавов
Плавиковая кислота	Плавиковая кислота (48%) 0,5 мл, вода 99,5 мл.	Для выявления структуры дуралюминов и литых сплавов на алюминиевой основе.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 440; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!