Тепловая металлография

Основы метода и его применение. Микроструктуру металлов и сплавов при высоких температурах можно изучать двумя методами.

Первый метод заключается в том, что образец нагревают до заданной температуры, выдерживают определенное время и затем фиксируют полученную структуру быстрым охлаждением (обычно закалкой в воде). Приготовленный и протравленный шлиф исследуют при комнатной температуре на обычном металлографическом микроскопе. Этот метод не требует создания специального оборудования.

Второй метод - непосредственное изучение и фиксирование изменений, происходящих в металле в процессе его нагрева и выдержки при высоких температурах. Вторым методом занимается специальный раздел металлографии -тепловая вакуумная металлография. Непосредственное изучение микроструктуры при высоких температурах проводится на специальных установках. Первая установка, позволившая проводить нагрев испытываемых образцов в вакууме, была создана основателями научного металловедения академиками А. А. Байковым и Н. Т. Гудцновым. С помощью этой установки было зафиксировано расположение зерен в стали при высокой температуре. Вклад в развитие метода тепловой металлографии внес М. Г. Лозинский.

Метод тепловой металлографии позволяет изучать многие сложные теоретические и практические вопросы металловедения. Пользуясь этим методом, можно выявлять микроструктуру сплавов при нагреве до температур ~3000°С, при изотермической выдержке и охлаждении, изучать зарождение и рост зерен аустенита в различных сталях, исследовать фазовые превращения и рекристаллизацию, изучать особенности выделения и рост различных фаз в процессе старения сплавов. Полученные данные позволяют разрабатывать оптимальные режимы термической обработки и значительно влиять на уровень прочности и технологических свойств. Для предотвращения окисления поверхности образцов исследование структуры и свойств металлов при повышенной температуре проводится в вакууме или в среде инертных газов. Чем выше химическая активность металла, тем больше должна быть степень разряжения воздуха.

Для каждого металла имеется свое остаточное давление воздуха, при котором на поверхности образца при данной температуре не образуются оксидные пленки.

Выявление строения металла в вакууме происходит за счет избирательного испарения веществ с поверхности образцов. При выявлении микроструктуры металлов и сплавов избирательным испарением температурный режим и степень разряжения выбирают с учетом скорости испарения отдельных компонентов при заданной температуре.

Если в металле имеется незначительное количество примесей по границам зерен, то при нагреве в вакууме границы выявляются быстрее.

Разряжение газа в камерах получают с помощью вакуумных насосов.

Нагрев образцов. Нагрев образцов в камерах вакуумных установок осуществляется электрическим током различными способами: передачей теплоты радиацией, за счет теплопроводности, контактным и индукционным нагревом.

Тепловые источники могут располагаться внутри камеры и снаружи. Температура нагрева зависит от материала камеры и нагревателя.

Установка для исследования микроструктуры образцов при нагреве в вакууме. Эта установка состоит из трех основных частей: вакуумной системы, камеры нагрева, высокотемпературного металлографического микроскопа.

Вертикальный металлографический микроскоп (рис. 29) типа МВТ устанавливается наопорной плите 4.

Рис.29. Высокотемпературный металлографический микроскоп МВТ.

Это придает устойчивость микроскопу и исключает его вибрацию. Плита крепится к крышке вакуумной рабочей камеры. С помощью промежуточных накладок 2 и 5 микроскоп может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При вращении рукоятки 7 микроскоп перемещается вдоль ее оси: отсчет величины перемещения производится по шкале 3. Вращая штурвал 6, можно перемещать микроскоп в перпендикулярном направлении; величину перемещения определяют по шкале 1. На верхней накладке жестко установлен штатив 8 с направляющими, в которых перемещается тубус микроскопа 15. Для перемещения тубуса микроскопа в вертикальном направлении служит макрометрический винт 9, а для наводки на резкость (для более тонкой регулировки перемещения) микрометрический винт 11. На винте 11 установлен лимб с делениями. При повороте винта 11 на одно деление тубус микроскопа перемещается на 1 мкм. В нижней части микроскопа установлен объектив 17. При рабочем положении микроскопа объектив находится напротив смотрового кварцевого стекла и поверхности образца. Визуальное наблюдение производится через окуляр 13. На этом микроскопе можно получить увеличение от ~20 до 200 крат. На конце трубы опак-иллюминатора 16 в патроне установлена осветительная лампа. Рукояткой 18 на пути световых лучей устанавливается прозрачная плоскопараллельная стеклянная пластинка или призма полного внутреннего отражения, расположенные внутри корпуса опак-иллюминатора. Лампа (12 В) питается от трансформатора, яркость освещения регулируется автотрансформатором.

Объект фотографируют микрофотонасадкой 12 типа МФН-2 на пластинки размером 9 Ч 12 см². В тубусе микроскопа 15 в зоне размещения переходной втулки 14 устанавливается сменный фотоокуляр. Фотозатвор микрофотона-садки работает от троса 10 со спусковым устройством. На микроскопе типа МВТ можно с помощью кинокамеры производить киносъемку.

Разрабатываются более совершенные высокотемпературные микроскопы. Например, микроскоп установки ВМС-1 позволяет изучать и фиксировать микроструктуру образца при нагреве до 2000°С в вакууме или газовой защитной среде.

Визуальное наблюдение микроструктуры можно проводить при увеличениях 90-650^х, при фотографировании на пластинку от 230 до 410^х. при фотографировании на пленку при киносъемке от 56 до 1025^х. Изучение образца можно производить в светлом поле, при косом освещении и методом фазового контраста.

В СССР созданы современные установки для исследования металлов при различных температурах.

Дата добавления: 2014-01-14