новая папка 1 / 302182

	решетки				решетки
1	ОЦК	001	110	10	ГЦК	001	110
2	ОЦК	001	100	11	ГЦК	001	010
3	ОЦК	010	01	12	ГЦК	001	100
4	ОЦК	110	111	13	ГЦК	010	101
5	ОЦК	110	110	14	ГЦК	110	111
6	ОЦК	111	101	15	ГЦК	110	110
7	ОЦК	100	001	16	ГЦК	111	101
8	ОЦК	100	010	17	ГЦК	100	010
9	ОЦК	110	001	18	ГЦК	100	001

Полученные данные студент использует для графического построения элементарной ячейки и определения межатомного расстояния на заданной плоскости в известном направлении. Это расстояние и является вектором Бюргерса.

3. Характеристики дислокационной структуры

кристаллического материала

3.1. Определение объемной плотности дислокаций Дислокации в кристалле могут располагаться равномерно или образовывать

скопления. Их можно наблюдать под микроскопом прямым методом путём избирательного химического травления, так как места выхода дислокаций на изучаемую поверхность травятся сильнее (в поле зрения ямки травления выглядят как точки). При скоплении дислокаций вдоль плоскости они выглядят как прямые линии.

Важнейшей характеристикой дислокаций является их плотность - суммарная длина дислокаций Σl , приходящаяся на единицу объема кристалла V (см/см3):

ρD = Σl / V.

Каждая подгруппа получает фотографию структуры, к ней указывается увеличение, число площадок и их размер в сантиметрах.

После определения требуемых характеристик площадок проводится подсчёт ямок травления, и по этим данным определяется плотность выхода дислокаций:

nD = icp n2M / S,

где icp - усредненное по квадратам значение числа ямок травления, nm –

увеличение, S – площадь площадок.

Объёмная плотность дислокаций определяется выражением

ρD = 2 · nD ,

Результаты измерений и вычислений вносим в табл. 2.

Таблица 2 Определение объемной плотности дислокаций

S			i				nM	nD	ρD
см2								см-2:	см/см3
	i1	i2				iср

3.2.Определение угла разориентировки блоков

Вметаллах при определенных условиях возникает так называемая субзеренная (блочная) структура. Границы блоков образованы линейными скоплениями дислокаций, в то время как внутри блоков дислокации отсутствуют. Разориентировка блоков не превышает 1°, поэтому такие границы называют малоугловыми.

Угол разориентировки блоков Ө (рад) - важнейшая характеристика блочной структуры:

Ө = b / d,

где b - вектор Бюргерса дислокации (Å); d - расстояние между дислокациями, образующими границу (Å).

По микрофотографиям с известным увеличением nM определяем число дислокаций N на границе длиной L = 20 - 30 мм и рассчитываем расстояние между дислокациями:

d			L		107
	n	M		N

Получив у преподавателя тип кристаллической решетки, индекс плоскости (hkl) и направление [uvw] линий дислокаций, рисуем элементарную ячейку и на ней выделяем плоскость. Вычисляем величину вектора Бюргерса дислокаций в Å, зная их ориентацию и считая их однократными.

Определяем угол разориентировки блоков Ө в радианах и угловых секундах,

используя соотношение 1 рад = 2.06·105 угл. сек. Результаты измерений и вычислений вносим в табл. 3

							Таблица 3
		Определение угла разориентировки блоков
(hkl)	[UVW]	b, Ǻ	L, мм	N	nm	d, Ǻ	Өрад	Ө,΄΄

4. Расчёт двух структурных составляющих на диаграмме состояния

4.1. Определение относительного количества сосуществующих фаз и структурных составляющих внутри двухфазной области. Правило коноды

Для определения относительного количества (массы) сосуществующих фаз и структурных составляющих одного сплава пользуются правилом отрезков коноды.

Конода – отрезок горизонтальной линии или изотерма, проведенная внутри двухфазной области диаграммы состояния до пересечения с линиями границ двухфазной области.

Для примера решим задачу по определению количества жидкой и твердой фаз сплава по диаграмме состояния 1-го рода.

Порядок определения количества жидкой и твердой фаз сплава по диаграмме состояния:

-восстановить перпендикуляр к точке, характеризующей состав данного сплава (то есть провести линию сплава);

-при заданной температуре провести коноду – горизонтальную линию (изотерму) до пересечения с линиями, ограничивающими данную область;

-соотношение между жидкой и твердой частями сплава будет обратно пропорционально отрезкам, на которые линия сплава делит коноду;

-для определения количества твердой части сплава надо взять отношение длины отрезка, прилегающего к жидкой части сплава, к длине всей коноды;

-для определения количества жидкой части сплава надо взять отношение длины отрезка, прилегающего к твердой части сплава, к длине всей коноды.

Пример: необходимо определить количественное соотношение между жидкой и твердой частью сплава I-I при температуре Т.

Рис. 5. Диаграмма состояния первого рода

Сплав при температуре Т состоит из кристаллов А и жидкого сплава состава, отвечающего точке R.

Пусть QТ – количество (масса) твердой части сплава; QЖ – количество (масса) жидкой части сплава; QОБЩ – общее количество (масса) сплава:

QОБЩ = QТ + QЖ.

По правилу отрезков коноды общую массу сплава приравнивают к длине коноды (F-R при температуре Т), и тогда количество жидкой фазы QЖ и

количество твердой фазы QТ определяется отрезками коноды FK и KR ,

которые

образовались при пересечении коноды с линией сплава I-I:

QЖ FKFR 100%;

QТ KRFR 100%.

5.Расчёт трёх структурных составляющих на диаграмме состояния

5.1.Правило расчета количества трех структурных составляющих:

-найти ближайшую температуру Т, при которой для заданного сплава может быть применено правило отрезков, то есть такую Т, где имеются две структурные составляющие;

-сделать расчёт этих структурных составляющих;

-рассчитать максимальное количество вторичной фазы, которое выделится при заданной температуре;

-рассчитать максимальное количество вторичной фазы, которое выделится в заданном сплаве, при заданной температуре;

-сделать расчет всех трех структурных составляющих.

Пример приведен на рис.6.

Рис. 6. Диаграмма состояния третьего рода Пусть задана температура (Т) в точке В. Ближайшая точка, в которой

имеются две структурные составляющие, это точка А. В ней структура состоит из эвтектики и α - кристаллов. Определим по правилу отрезков количество α- кристаллов и эвтектики:

А (%) МЕАЕ 100%;

эвтА (%) МАМЕ 100%.

Определяем максимально возможное количество βII (β – вторичное), которое может выделиться в данной системе при температуре (Т) точки В. Для этого необходимо определить количество βII, которое выделится при охлаждении до температуры Т точки В сплава, отвечающего составу точки М, то есть имеющего при температуре Т эвтектического превращения 100% α-фазы в структуре:

max(%) KKF 100%;

100%	IImax
A	IIB	;

B	A IImax
II(%)	;
	100%

B A BII.

Количество эвтектики остаётся неизменным.

6. Определение механических свойств материала

при неразрушающем методе контроля

6.1. Механические свойства Под механическими понимают совокупность свойств, характеризующих

сопротивление металла действию приложенных к нему внешних механических сил (нагрузок). Силы могут быть приложены в виде статической (плавно возрастающей), динамической (возрастающей резко и с большой скоростью), повторно-переменной (многократно прикладываемой, изменяющейся по величине и / или направлению) нагрузки.

Механические испытания в зависимости от характера изменения и времени действия нагрузки разделяют на статические испытания (на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, твердость), динамические испытания (на ударный изгиб), усталостные испытания (при повторно-переменном приложении нагрузки). Отдельную группу составляют длительные высокотемпературные механические испытания (на ползучесть, длительную прочность и др.).

6.2.Неразрушающие методы контроля

Кнеразрушающим методам контроля относится измерение твердости. Твердость - это характеристика материала, определяющая его способность сопротивляться деформации. Для определения твердости тонких плёнок и отдельных структурных составляющих используют, в частности, метод Викерса.

При изменении твердости по методу Викерса в поверхность материала с определенной силой (нагрузкой) вдавливается алмазный наконечник – индентор. Он представляет собой алмазную четырехгранную пирамиду с углом при вершине 136°. Размер отпечатка (диагональ), образовавшегося в результате взаимодействия индентора и образца, измеряется с помощью микроскопа. В данном методе твердостью называется давление - нагрузка, приходящаяся на единицу площади отпечатка (Н/мм2):

HV 1,854 P , d 2

где Р = m·g, - нагрузка на индентор (Н), d - длина диагонали отпечатка (мм), m – масса нагрузки (кг).

В поле зрения микроскопа отпечаток виден как квадрат. Величина нагрузки выбирается в зависимости от ожидаемой твердости материала, толщины образца, задач исследования и т.д. Следует отметить, что поверхность образца требует определенной подготовки: обработки наждачной бумагой с последующей полировкой до зеркального блеска.

Испытания на микротвердость проводятся для небольших или тонких образцов, а также для исследования отдельных структурно-фазовых составляющих. При этом используют небольшое значение нагрузки (0,05 - 5 Н). Для измерений используется прибор ПМТ-3 (рис.7), который представляет собой вертикальный световой микроскоп со сменным объективом и окулярмикрометром. Цена деления окуляр-микрометра определяется в зависимости от увеличения микроскопа:

nm = n1 · n2 ,

где n1 – увеличение объектива, n2 – увеличение окуляра.

При nm ≈ 100 цена деления окуляр-микрометра ~ 1,1 мкм, а при nm ≈ 400 цена деления окуляр-микрометра ~ 0,3 мкм.

Исследуемый образец сначала подводится под индентор, где он получает укол алмазной пирамидкой, а затем под объектив микроскопа для измерения диагонали отпечатка. Величина нагрузки регулируется весом гирьки, устанавливаемой в инденторный узел. При измерении необходимо соблюдать следующие правила:

-центр отпечатка должен быть удален от соседнего отпечатка не менее чем на 2 диагонали, в противном случае значение твердости будет завышено вследствие наклепа;

-отпечаток должен быть удален на такое же расстояние от края образца, в противном случае значение твердости будет занижено (так как у края индентор легче вдавливается в материал).

Рис.7. Упрощенная схема прибора ПМТ-3

При работе также следует учитывать, что результат измерения в значительной степени зависит от состояния поверхности образца, от места укола (зерно или его граница), толщины исследуемого слоя (индентор может его продавить). Поэтому разброс значений твердости может быть очень велик, и для получения достоверной информации необходимо увеличивать число измерений.

Задание для расчёта выдается на подгруппу. Данные, необходимые для проведения расчетов, заносятся в табл. 4.

					Таблица 4
	Результаты испытаний образца на микротвердость
Образец	№	Р, Н	d΄, число	d, мм	HV,		HVср ,
	измерения		делений		H/мм2		Н/мм2

7. Определение механических свойств металла при разрушающем методе контроля

Среди статических испытаний наиболее часто применяют испытания на растяжение, позволяющее по результатам одного опыта определить несколько важных механических свойств, характеризующих прочность, т.е. сопротивление металла деформации, и пластичность – способность к остаточной деформации без разрушения.

При испытании на специальных разрывных машинах образец растягивается двумя равными и противоположными силами, приложенными к его оси.

С помощью записывающего устройства машины получают диаграммы растяжения в координатах «нагрузка Р – деформация l». Типичные диаграммы