Структурные и физические методы исследования металлов

Металловеду приходится постоянно иметь в виду, что объектом его исследований является кристаллическое вещество. Поэтому структурный аспект является основным, а основной задачей остается установление качественных и количественных связей между строением и свойствами. Однако ответить на вопрос, какой смысл вкладывается в понятие строение металла, непросто. По мере развития физических методов исследования и физических представлений это понятие становится все более сложным и емким. [c.7]

Исследованию рассеянного усталостного повреждения посвящено большое количество работ. Трудно назвать какой-либо физический метод исследования структуры металлов (магнитный, рентгеновский, оптический, электронно-оптический, механический, акустический, голографический, калориметрический, энергетический и т. д.), который бы не обосновывался для исследования усталостного повреждения в металлах на стадии зарождения магистральной трещины. Однако нельзя утверждать, что эти исследования дали возможность разработать методы, позволяющие достаточно надежно прогнозировать на основе измерения характеристик структурного состояния металлов степень исчерпания долговечности образцов и деталей машин. [c.32]

В современном металловедении физические методы исследования находят все большее применение. Эта тенденция связана с тем, что происходящие в металлах и сплавах различного рода внутри-структурные процессы, которые определяют механические свойства, часто определяются изменением расположения атомов на расстояниях в десятки ангстрем или изменением электронной структуры сплава. Такие процессы наиболее ясное свое выражение находят в большинстве случаев в изменении электросопротивления, т. э. д. с., эффекта Холла, магнитных и других физических свойств. [c.391]

При исследовании процессов контактного взаимодействия наиболее важны вопросы фазовых превращений в зоне деформации, диффузионного перераспределения легирующих элементов твердых растворов под действием внешних факторов, образования и размножения линейных (дислокаций) и точечных (вакансий) дефектов кристаллической решетки, определения остаточных деформаций, преимущественной ориентации (текстуры), т. е. изменений внутренней структуры деформированных трением металлов и сплавов. Одним из преимуществ рентгеновского метода исследования материалов является то, что получаемые параметры структурного состояния являются усредненными по значительным объемам и обеспечивают удовлетворительную корреляцию с физическими свойствами изучаемых объектов. [c.67]

Физические и химические методы, позволяющие судить о превращениях, протекающих в тех или иных металлических сплавах, существенно дополняют данные структурного исследования. Они позволяют определять изменения состояния металлов, которые не удается отметить структурными методами (в частности, когда превращения, протекающие в них, приводят к изменению электронной структуры атомов металлов). Измерение электрического сопротивления позволяет указать природу образующихся новых фаз в металле и т. д. [c.8]

В этих условиях деформационные и прочностные свойства материала покрытия малоизвестны, что практически исключает возможность расчета прочности покрытия на основе метода, который предполагает знание деформационных и прочностных свойств металла во всех точках системы покрытие - основной металл. Для решения этой задачи в методике [293] используется аппарат, требующий задания по возможности минимального количества параметров. В качестве такого аппарата принята структурная модель циклически стабильного материала [31]. Существенным ее преимуществом является наличие всего лишь двух определяющих функций реологической, определяющей физические свойства подэлементов, и функции неоднородности распределения характеристик между подэлементами. Эти функции находят по результатам изотермических испытаний стандартного типа на растяжение при различных значениях температуры. Исходными данными для назначения параметров модели являются изотермические диаграммы деформирования и кривые ползучести материала в стабильных циклах. В методике использована несколько измененная структурная модель материала для исследования кинетики деформирования многослойной системы покрытие - переходная зона - основной металл. В ней приняты следующие предположения признаком разрушения лопатки считается появление трещины в покрытии покрытие в силу своей малой толщины не влияет на поле напряжений и деформаций в лопатке и по всей толщине работает в условиях жесткого нагружения при тех деформациях, которые имеет лопатка в области нанесенного покрытия используется критерий разрушения [294] [c.476]

Наряду с развитием расчетных методов оценки долговечности деталей машин при циклическом нагружении [82—84] проводится широкое исследование структурных изменений металлов и сплавов, цель которого — не только выяснение физической природы усталости, но и поиск структурных критериев, позволяющих определить усталостные повреждения до наступления разрушения. [c.32]

Методы решения диффузионных задач многообразны в зависимости от конкретных условий исследовательской практики. Они подробно изложены в работе [18] и относятся в основном объемным изменениям в структуре металлов и сплавов. Исследования диффузионных процессов при трении связаны со значительными экспериментальными и теоретическими трудностями. Последние обусловлены тем обстоятельством, что структура металлических систем формируется в результате сложной совокупности процессов, происходящих при трении и вызванных высоким уровнем напряжений, влиянием окружающей среды (см. гл. 4), значительными объемными и поверхностными температурами и температурными градиентами. Многочисленные экспериментальные данные показывают, что процессы структурных изменений при трении локализуются в тонких поверхностных слоях, и активная зона может быть отнесена к тонкопленочным объектам. Масштабный эффект сопровождается многообразием отклонений физических и физико-химических свойств системы от монолитного состояния для сплавов наиболее характерной особенностью является значительное изменение пределов растворимости. Кроме того, структура поверхностей трения является диссипативной, т. е. образующейся и поддерживаемой в нелинейной системе с большим числом степеней свободы с помощью внешнего источника энергии [71, 109]. Вторичная структура (диссипативная структура, формирующаяся при трении) — результат неустойчивости, образуется вследствие флуктуаций мерой скорости ее образования является производство избыточной энтропии. Структура поверхности трения — это новое состояние вещества вдали от равновесия и неустойчивости, порожденное потоком свободной энергии и приводящее к новым типам организации материи за [c.139]

В исследовательской практике фактически нет сведений о физическом состоянии поверхностных слоев пластически деформированных металлов, измеряемых толщиной 10 - 10 см, которые анализируются скользящим пучком рентгеновских лучей. Являясь неразрушающим, обладая богатой информативностью, возможностью проводить послойное исследование, метод скользящего пучка рентгеновских лучей не имеет аналогов для анализа поверхностных слоев мезоскопических размеров по толщине. Знания о структурном состоянии и свойствах поверхностных слоев указанной толщины являются важными как в проблеме износостойкости, так и надежности, и долговечности деталей машин. Проведенные исследования показали, что важность этого усугубляется тем, что структура и свойства этих слоев не только во много раз отличаются от объемных, но особенности и закономерности изменения структуры в них могут коренным образом влиять на работоспособность материала изделия. Это остро ставит задачу о необходимости определения структурного состояния и оценки свойств поверхностных слоев мезоскопических размеров по толщине, а также дальнейшей разработки методов их исследования. [c.48]

Физические методы исследования, включая тепловую микроскопию, полюгают раскрыть реальный смысл указанных структурных параметров и уточнить кинетические уравнения, описывающие их изменение. Кроме того, тепловая микроскопия наряду с микроструктурным изучением процессов пластической деформации и разрушения конструкционных металлических и других материалов в условиях высокотемпературного нагрева или охлаждения до криогенных температур вносит большой вклад в разработку физических основ термической и других видов упрочняющей обработки металлов и сплавов. Вполне понятно, что для осуществления таких изысканий экспериментатор должен обладать достаточным арсеналом методов и средств непосредственного изучения строения и свойств металлических материалов в условиях высокотемпературного нагрева или глубокого охлаждения. [c.6]

Развитие теоретических представлений и углубление знаний в области трения и изнашивания материалов во многом йависят от уровня экспериментальных исследований в этой области. Этот уровень, в свою очередь, определяется возможностями существующих методов исследования структуры и свойств поверхностей трения. В настоящей главе рассмотрены физические методы, используемые при анализе поверхностей трения. К ним относятся в первую очередь традиционные оптическая и электронная микроскопии, рентгеновская техника, электронография и спектроскопия. Особый интерес для исследования поверхностей трения представляют методы, не вызывающие нарушения, исследуемых поверхностей. В этой связи большое внимание уделено рентгенографическому методу скользящего пучка лучей, который специально разработан для анализа поверхностей трения и в силу ряда преимуществ (возможность послойного исследования в диапазоне толщин 10" —10" м, в котором локализуются основные процессы при трении., проведение исследований без дополнительной подготовки поверхности, неизбежно искажающей экспериментальные результаты), а также большой информативности самого рентгенографического метода является перспективным в оценке структурных изменений металлов и сплавов, деформированных трением. [c.58]

НИИ внутрифазовых превращений в твердых растворах), когда рентгеновский и другие структурные методы исследований не отмечают изменений фазового состояния, более чувствительными оказываются методы, основанные на измерении физических свойств. Эти методы, кроме того, позволяют изучать процессы, про-исходяшие в металлах даже в условиях, например, больших скоростей нагрева или охлаждения, а также во время деформирования. При этом фиксирование указанных процессов может осуществляться автоматически при помощи методов непрерывной регистрации. Существенно, что объекты исследований при использовании физических методов остаются неповрежденными. [c.11]

Структуру пленки изучали [37] с помощью специально разработанного метода скользящего пучка рентгеновских лучей. Луч направляли к поверхности под малым углом (не более 1°), что позволяло исследовать поверхностные слои толщиной 0,1—0,01 мкм. Исследования показали, что верхний слой пленки имеет значительные структурные изменения по сравнению с нижележащими слоями. З а критерий структурных изменений принимали истинную (физическую) ширину линий на рентгенограммах р, которая для чистых металлов и равновесных твердых растворов является результирующей средней величины блоков и дисперсий упругой деформации кристаллической решетки (микроискажеьий) и служит характеристикой плотности содержащихся в металле дислокаций. [c.281]

Из многих источников, в том числе из большого числа работ Борелиуса и его коллег, следует, что в закаленных сплавах кластеры образуются очень быстро, причем наиболее значительные изменения физических свойств часто предшествуют структурным изменениям, фиксируемым рентгеновским или электронномикроскопическим методом. Калориметрические измерения и измерения электросопротивления, проведенные на сплаве алюминия с 1,9% меди [27], показали, что кластеры образуются в процессе изотермических выдержек даже при температуре —45° С. Скорость перемещения атомов меди в этих экспериментах по крайней мере в 10 превышала величину, рассчитанную на основании данных о коэффициенте диффузии при высоких температурах. Было установлено, что скорость превращения увеличивается при увеличении скорости закалки, а прерывание охлаждения при 200° С на несколько секунд снижает скорость превращения в 10— 100 раз, хотя никаких заметных изменений во время этой кратковременной выдержки при 200° С не происходит. Эти данные находятся в полном соответствии с представлением о зависимостщ скорости превращения от числа зафиксированных закалкой вакансий, а анализ температурной зависимости дал для энергии активации величину около эв на атом. Эта величина почти точно совпадает с энергией активации, установленной в аналогичных экспериментах по старению сплавов алюминий — серебро и с энергией активации отжига вакансий в чистом алюминии. Электронно-микроскопические исследования, проведенные на закаленных чистых металлах и разбавленных сплавах, пока зали, что избыточные вакансии собираются в диски, которые захлопываются с образованием дислокационных петель. В сплавах алюминий — медь, содержащих более 2% меди, дислокационные петли обнаружены не были, и вакансии, вероятно, осаждаются на винтовых дислокациях, приводя к образованию геликоидов. В сплавах, пересыщенных и по отношению к вакансиям, и по отношению к растворенным атомам, ситуация, безусловно, более сложна. По-видимому, в этом случае должно существовать сильное взаимодействие между вакансиями и растворенными атомами. Образование комплексов вакансия — атом растворенного элемента могло бы привести к быстрой миграции растворенных атомов и объяснить очень быстрое образование сегрегатов, предшествующее, по-видимому, формированию зон. Если это предположение верно, вакансии, движущиеся к винтовым дислокациям, должны переносить с собой атомы растворенного элемента имеются экспериментальные данныё, показывающие, что 0 -пластинки [c.307]

Характерная особенность контактного взаимодействия твердых тел — локализация деформации в тонком поверхностном слое, толщина которого может быть меньше 1 мкм. При этом процесс. пластического деформирования протекает в условиях относи тельно высоких температур и давлений, а тончайшие поверхностные слои обладают повышенной физической и химической активностью. В связи с этим при анализе поверхностей трения особенно важна возможность исследования методами, которые не портят поверхность и не требуют дополнительной ее обработки, как, например, при использовании просвечивающей электронной микр Ьскопии. Для исследования структурных изменений по глубине поверхностных слоев используют обычно химическое травление или электролитическое полирование. Однако процесс снятия слоев сопровождается перераспределением структурных несовершенств в металле, возникновением значительных микро-и макронапряжений. Наличие при трении градиента свойств металла по глубине зоны деформации усугубляет недостатки применения дополнительной обработки при исследовании поверхностей трения. [c.77]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...