ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОСТРУКТУРНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР из "Тепловая микроскопия материалов " Основной задачей тепловой микроскопии является исследование структурных изменений в поверхностных слоях материалов непосредственно в нагретом или охлажденном состоянии. [c.9] Методы тепловой микроскопии основаны на том, что контраст изображения в световом микроскопе, которым оснащена соответствующая установка, обусловлен особенностями геометрического профиля поверхности исследуемого образца, находящегося в той или иной среде. Эти особенности определяются прежде всего спецификой поверхностных явлений в твердых телах. [c.9] Известно, что поверхность соприкосновения твердого тела с окружающей его средой является только незначительной частью его общей поверхности. Любое твердое кристаллическое тело макроскопических размеров только в частных случаях представляет собой истинный монокристалл, не имеющий внутренних поверхностей раздела. [c.9] Реальные металлы и сплавы в подавляющем большинстве являются поли-кристаллическими агрегатами. Это значит, во-первых, что здесь имеется значительная внутренняя поверхность, т. е. поверхность соприкосновения зерен друг с другом, а также с включениями или другими структурными составляющими, и, во-вторых, что в кристалле возникают внутренние напряжения, изменяющие условия термодинамического равновесия отдельных зерен, а следовательно, и их основные физико-химические свойства. Существование механических напряжений важно потому, что они могут изменять значение поверхностной энергии, адсорбции на внутренней поверхности, а тем самым и ход всех поверхностных явлений в поликристаллическом агрегате. [c.9] Таким образом, результативность и достоверность методов тепловой микроскопии зависят от факторов, оказывающих влияние на формирование геометрического профиля поверхности исследуемого образца 1) от среды и условий испытания, обусловливающих ту или иную степень полноты отображения процессов, характерных не только для поверхностных слоев, но и для внутренних объемов исследуемых материалов 2) от исходной рельефности микрошлифа, образующейся под влиянием способа его приготовления и выявления структуры образца. [c.10] При микроструктурном исследовании процессов деформирования и разрушения качественно новые результаты могут быть также получены при использовании эффекта экзоэлектронной эмиссии, поскольку хорошо известно, что структурно-энергетические изменения в поверхностных слоях сопровождаются появлением электрического сигнала, который может быть усилен и зарегистрирован. Таким образом, поскольку изменение тока при экзоэмиссии отражает определенное энергетическое состояние локальных участков исследуемого образца, это может явиться весьма ценным количественным дополнением к наблюдаемым в металлографический микроскоп качественным структурным изменениям, связанным с накоплением дефектов в поверхностных слоях материала. [c.11] Следует отметить, что микроскопические изменения в структуре изучаемых материалов методами световой тепловой микроскопии материалов не всегда могут быть зафиксированы наряду с макроскопическими эффектами, характеризующими, например, механическое поведение материала. В частности, деформационное старение, в значительной мере определяющее уровень структурно чувствительных свойств, не сопровождается видимыми в световой микроскоп изменениями микростроения. [c.11] Это подтверждает необходимость дальнейшего развития новых методов микроструктурного исследования процессов деформирования металлов, в частности путем наблюдения за изменением дислокационного строения фольг, деформируемых в специальных приспособлениях непосредственно в электронном микроскопе в широком диапазоне температур. [c.11] Однако важнейшим преимуществом традиционных методов световой тепловой микроскопии (низко- и высокотемпературной металлографии) является их доступность они могут быть осуществлены в любой лаборатории, располагающей соответствующими серийными установками, либо реализованы благодаря специально сконструированным несложным приставкам к стандартному испытательному или металлографическому оборудованию. [c.11] Ниже рассматриваются способы препарирования образцов для исследования их методами тепловой световой микроскопии. [c.11] При исследовании методами тепловой микроскопии, как и при количественной металлографии [6], большое значение имеет правильный выбор места вырезки образца из заготовки изучаемого материала и направления плоскости металлографического шлифа. [c.11] Общее требование заключается в том, что образец должен обладать строением, типичным для всего исследуемого материала, поскольку последующий микроскопический анализ будет эффективен лишь в том случае, когда есть уверенность, что он направлен на изучение тех характерных элементов микроструктуры, которые контролируют исследуемый макроскопический процесс в целом. [c.11] Для исследования твердости металлических материалов методом вдавливания алмазного или сапфирового индентора используют образцы в виде дисков диаметром 14,8 мм и высотой 5 мм (рис. а). [c.12] Исследования микроструктуры при нагреве или охлаждении и механизмов пластической деформации при растяжении образцов в широком диапазоне скоростей нагружения, а также при измерении микротвердости вдавливанием алмазного или сапфирового индентора выполняют на образцах, имеющих форму двусторонней лопаточки с рабочим сечением 9 мм и длиной рабочей части 46 мм (ряс. ], б). [c.12] Для проведения микроструктурных исследований в процессе усталостных испытаний при знакопеременном изгибе применяют образцы в виде пластин толщиной 1—2 мм, длиной 100 мм и шириной 10—15 мм (рис. 1, в). [c.12] При выполнении исследований цилиндрических образцов, подвергаемых нагружению во время испытания, по высоте образцов приготовляется лыска, на которой делается микрошлиф, позволяющий изучать изменения микроструктуры материала во время проведения опыта. Поверхность шлифа обозначена на рассматриваемом рисунке перекрестной штриховкой. [c.12] Образцы для исследований методами тепловой микроскопии обычно подготавливают путем резки, шлифования и полирования. [c.12] Стойкость дисков обеспечивает приготовление в течение года около 2500 шлифов на образцах, показанных, например, на рис. 1, б. Долговечность дисков составляет в среднем два года. Окончательная доводка шлифа производится на вращающемся диске, покрытом сукном или фетром, с применением тонкого слоя алмазной пасты марки АП1П, содержащей частицы синтетических алмазов крупностью порядка 1 мкм. [c.13] Для более производительной полировки одновременно восьми образцов (например, показанных на рис. 1, б) может быть использована разработанная нами вибрационная полировальная установка типа ВПУ-2 (рис. 2). К металлическому диску 1 диаметром 300 мм (стальному или чугунному), покрытому сукном или фетром 2, прикреплен якорь 3 электромагнита. Сердечник электромагнита 4 с обмоткой 5 на стойках 6 жестко установлен на массивной чугунной плите 7. Между якорем 3 и сердечником 4 имеется зазор а. [c.13] На поверхности сукна на диске 1 размещаются оправки 8 с укрепленными на них снизу (при помощи зажимов, заливки или клея) обрабатываемыми образцами 9. При диаметре диска 300 мм на нем можно устанавливать одновременно восемь оправок диаметром 80 мм, на каждой из которых укрепляется по нескольку образцов. Например, плоские образцы, имеющие форму двусторонней лопатки, размещаются по два на каждой оправке. На средней части диска имеется центрирующий вкладыш 10 из плексиглаза, текстолита или другого материала, служащего для предотвращения смещения оправок с периферийной части диска во время полирования. Обойма 11 из нержавеющей стали предохраняет оправки 8 от падения их с обрабатываемой зоны в процессе перемещения. Три пружинящие стойки 12 из стальной проволоки диаметром 5 мм укреплены нижним концом в плите 7, а верхним — в диске 1. Угол а наклона стоек к вертикальной оси составляет около 60°. [c.13] Вернуться к основной статье