ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Установки для изучения микроструктуры тугоплавких материалов при нагреве и растяжении из "Тепловая микроскопия материалов " В связи с развитием ряда отраслей новой техники, где применяются детали из тугоплавких металлов и сплавов, работающие в условиях высокотемпературного нагрева, значительное внимание уделяется исследованиям микростроения и прочности этих материалов. Особый интерес представляют прямое наблюдение в микроскоп, фотографирование и киносъемка микроструктуры образцов непосредственно во время нагрева их в интервале температур до 2000° С и выше. В связи с этим основной тенденцией развития аппаратуры, предназначенной для изучения тугоплавких материалов методами тепловой микроскопии, является расширение температурного интервала проведения опытов. Как отмечалось выше, в нагревательной камере Ваку-терм максимальная рабочая температура составляет 1800° С установка НМ-4 фирмы Юнион Оптикал позволяет проводить исследования при нагреве до 2300 С. [c.136] На приборе Хайцтиш 1750 можно осуществлять нагрев до 1700° С, на установке для тепловой микроскопии, созданной в 1962 г. в США, предельная температура нагрева равна 2500° С. [c.136] Опыты на установке ИМАШ-18 можно проводить при нагреве образцов в вакууме - l 10 мм рт. ст. или при избыточном давлении в среде инертных газов (аргона, водорода и гелия высокой чистоты). [c.137] Следует отметить большие технические трудности выполнения исследований, связанных с наблюдением за структурой образцов, нагретых в диапазоне температур от 2000 до 3000° С и выше. Для таких экспериментов необходимы специальные оптические системы, которые в общих чертах описаны Б главе II и более подробно рассматриваются ниже. [c.137] На рис. 71 показана принципиальная схема рабочей камеры установки ИМАШ-18. Исследуемый образец 1 диаметром 2 мм и длиной 90 мм нагревается за счет теплового действия пропускаемого через него электрического тока промышленной частоты (50 Гц) низкого напряжения. Для наблюдения за микроструктурой по длине образца делают лыску шириной 1,5 мм и на ней приготовляют металлографический шлиф. [c.137] Образец 1 укрепляется вертикально в захватах, размещенных внутри массивного стального корпуса рабочей камеры 2. Подвижный захват либо соединяется с редуктором 3 (для проведения опытов при постоянной скорости растяжения), либо на нем укрепляются грузы (что позволяет исследовать сопротивление деформации образцов под воздействием постоянной нагрузки). [c.137] Для наблюдения за микроструктурой образца в процессе его растяжения и нагрева до 3300° С служит смотровое кварцевое стекло 6, герметизированное в крышке рабочей камеры. Защитное вращающееся кварцевое стекло 7 предотвращает осаждение конденсата, испаряющегося с нагретого образца, на смотровом стекле 6. Механизм защитного устройства описан в работе [54]. [c.138] Для откачки воздуха из рабочей камеры предназначается патрубок 8 через него может вводиться защитный газ, непрерывно пропускаемый через камеру и по патрубку 9 поступающий к перекачивающему его насосу и и системе очистки от следов кислорода и паров воды. [c.138] Измерение остаточного давления в камере производится системой 10 вакуумметром или манометром). [c.138] Оптическая система установка ИМАШ-18 состоит из объектива 11 с большим рабочим расстоянием, укрепленного на опак-иллюминаторе 12 специального металлографического микроскопа. В осветителе микроскопа 13 применена ртутная газоразрядная лампа сверхвысокой яркости типа ДРШ-100-2 мощностью 100 Вт. Яркость свечения жгута паров плазмы в этой лампе составляет около 100 кстб. Следует напомнить, что яркость электрической дуги составляет всего около 15 кстб. Визуальное наблюдение за структурой образца осуществляется через окуляр 14 и монохроматический узкополосной светофильтр 15. Последний является одним из важных элементов оптической системы [58]. Он пропускает преимущественно волны с длиной X = 546 мкм (ртутная линия в спектре лампы) и срезает собственное световое излучение образца, а также волны других длин из спектра лампы. При этом становится возможным прямое наблюдение за микроструктурой образца в отраженном свете, а также фотографирование или киносъемка ее камерой 16. [c.138] На рис. 72 показан внешний вид открытой рабочей камеры установки ИМАШ-18, а на рис. 72, б— закрытой рабочей камеры с опытным металлографическим горизонтальным микроскопом типа УВТ-1 . Принципиальная оптическая схема этого микроскопа представлена на рис. 73. [c.138] Осветительная система микроскопа состоит из источника света 1 — ртутной лампы сверхвысокого давления типа ДРШ-100-2, коллектора 2, проектирующего светящуюся плазму лампы в плоскость апертурной диафрагмы 3. Последующий путь светового потока зеркало 4, осветительная линза 5 и светоделительное зеркало 6. Последнее обладает соотношением коэффициентов отражения и пропускания Г = 1 2 и установлено под углом 45° к оптическим осям светового потока осветителя и микроскопа при этом исследуемый образец 7 освещается и изучается в прямом светлом поле. [c.138] Полевая диафрагма 8 через объектив 9 с большим рабочим расстоянием проектируется на поверхность образца 7. [c.138] В системе наблюдения в микроскопе УВТ-1 применена установленная на салазках галилеевская трубка 13, которая может быть включена в ход лучей при этом общее увеличение микроскопа повышается более чем в два раза. [c.140] В зрительной трубе микроскопа УВТ-1 размещены объектив 14 и окуляр 15, а также светоделительная призма— куб 16. Последняя разделяет падающий на нее пучок света на две части, одна из которых проходит через призму 13 насквозь, направляется в призму 16, а затем попадает в окуляр 15 другая часть после отражения от светоделительного слоя призмы 16 направляется в фототубус. [c.140] Для некоторого изменения направления светового потока служит призма 17, а для регулирования резкости наблюдаемого изображения предназначается диафрагма 19. [c.140] Как отмечено выше, монохроматический светофильтр позволяет отделить из ртутного спектра лампы наиболее яркую линию, соответствующую X = = 546 мкм, а также ослабить фон от собственного излучения образца, что значительно повышает контрастность наблюдаемой картины микростроения. [c.140] Для исследования микроструктуры образцов, нагреваемых до 3000° С и выше, необходимы специальные объективы, обладающие большим рабочим расстоянием, так как потери на излучение с поверхности образца возрастают пропорционально четвертой степени температуры его нагрева. На рис. 74 дан график значений тепловых потерь за счет излучения с нагретой поверхности в диапазоне от 600 до 3000° С (при коэффициентах излучения Ki 0, 2 0,4 0,6 0,8 и 1 и в отсутствие защитных экранов). Как видно из графика, при нагреве до 3000° С каждый квадратный сантиметр поверхности образца может излучать 400 Вт и более. Поэтому необходимо удаление фронтальной линзы линзового объектива от образца для снижения интенсивности ее нагрева и предотвращения выхода из строя объектива. [c.140] На рис. 75, а представлена оптическая схема линзового объектива МИМ-13-С0 , обладающего при числовой апертуре 0,27 рабочим расстоянием 59,22 мм. Пунктирной линией и цифрой / обозначен корпус объектива, а цифрой II — корпус рабочей камеры. При расчете объектива предусмотрено применение двух кварцевых стекол (5 и 6) общей толщиной 7 мм. Стекло 5 (диаметром 50 и толщиной 5 мм) герметизируется в корпусе рабочей камеры, а стекло 6 (диаметром 105 и толщиной 2 мм) размещается во вращающейся обойме устройства для защиты стекла от напыления. Внешний вид объектива МИМ-13-С0 показан на рис. 75, б. [c.140] В 1966 Г. В Государственном оптическом институте им. С. И. Вавилова был изготовлен линзовый объектив ОМ-144 (рис. 76) с рабочим расстоянием 35 ММ и полезным увеличением до 500. [c.142] Вернуться к основной статье