Методы исследования структуры металлических материалов. Разные уровни структуры

Общая характеристика свойств металлических материалов. Методы исследования строения металлов и сплавов.

Материаловедение - научная дисциплина, изучающая связь между химическим составом, структурой, свойствами материалов, а также изменение этих свойств при различных внешних воздействиях.

Классификация материалов.

а) по агрегатному состоянию: твердые, жидкие, газообразные.

Твердые вещества бывают аморфные, кристаллические.

Кристаллические вещества при нагреве остаются твердыми до определенной температуры (температура плавления), затем переходят в жидкое состояние.

Аморфные не имеют определенной точки плавления, постепенно размягчаются с ростом температуры.

б) по применению: конструкционные, инструментальные, материалы с особыми свойствами.

в)по физической природе: металлические, неметаллические, композиционные.

К неметаллическим относятся полимеры, пластмассы, керамика, стекла, ситаллы, резины, клеи, лакокрасочные материалы, углеграфитовые материалы, древесина.

Композиционные материалы состоят минимум из двух фаз с четкой границей. Одна является несущей, воспринимающей нагрузки (матрица), вторая - упрочнитель в виде порошка, волокон, пластин.

Общие свойства металлических материалов.

Металлические материалы, получаемые обычным способом являются кристаллическими веществами. Характерен металлический тип связи между частицами. Обладают высокой электро-, теплопроводностью, металлическим блеском, способностью испускать электроны с поверхности при нагреве. Обладают способностью к пластическим деформациям.

Методы исследования структуры металлических материалов. Разные уровни структуры.

Различают макроструктуру, микроструктуру, тонкую структуру.

Исследование макроструктуры: Макроанализ: - изучение структуры материалов визуально или с помощью простейших оптических приборов с увеличением до 100 крат. Наиболее доступным при этом является изучение изломов (фрактография). Для металлов и сплавов мелкокристаллический излом соответствует лучшему качеству - более высоким механическим свойствам. На изломах, например, в сталях легко наблюдаются дефекты: крупное зерно, шиферность. грубая волокнистость, трещины, раковины, флокены и т.п., и в ряде случаев глубина проведенной поверхностной обработки изделия. Методика исследования закрепляется ГОСТ, там же приведены фотоэталоны изломов и макродефектов.

Другим способом макроисследования является изучение строения металлических материалов на специальных образцах. После травления специальными растворами шлифованной поверхности образца на ней выявляется кристаллическая структура, волокнистость, дендритное строение, неоднородность металла. Например, травление поперечного среза сварного шва дает возможность выявить места непровара, пузыри, зону термического влияния, трещины и т.п.

Исследование микроструктуры: Микроанализ: производится с помощью оптических микроскопов (полезное увеличение до 100-2000 крат), электронных микроскопов (увеличение до 2000-20000 крат). Исследование производится на зеркальной поверхности шлифа (после соответствующей полировки) или слепка с нее - на электронном микроскопе. Шлифы исследуют до и после травления. Травление металлической поверхности растворами кислот выявляет рельеф границ кристаллов, контуры отдельных элементов структуры. Данные исследований - размер и форма зерен получают количественную и качественную оценку.

d=l/(n sinj) - разрешающая способность микроскопа. (размер наименьшей детали структуры, которую можно рассмотреть): l-длина световой волны, n - показатель преломления, j - отверстный угол микроскопа.

d=200 нм - минимальный размер детали, которую можно разглядеть в оптический микроскоп.

d=0.5 нм -//-//-//- в электронный микроскоп.

Изучение тонкой структуры. Физические методы исследования структуры: Среди них особое место занимают методы радиографии и рентгеновского анализа. Путем просвечивания осуществляется дефектоскопия и контроль ориентации арматуры в композитах. Параметры кристаллических решеток определяются с помощью рентгеновского структурного анализа, основой которого служит соотношение Вульфа-Брегга:

2d sinY = k l,

d - межплосткостное расстояние (параметр решетки), Y - угол падения луча на кристаллографическую плоскость, k=1, 2, 3, 4..., l - длина волны рентгеновских лучей.

Рентгеновский анализ определяет качественный и количественный состав сплавов, физическую плотность кристаллов, плотность линейных дефектов в реальном кристалле, позволяет проследить полиморфные превращения в сталях и сплавах и обнаружить глубокие физико-химические процессы в металлах.