ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование структуры и состава металлов из "Общая химическая технология Том 2" Как было показано, многие технические свойства металлов в значительной мере зависят от их структуры, т. е. от формы, величины и взаимного расположения кристаллов (зерен в твердом металле), а также формы кристаллической решетки (расположение атомов). Определение структуры металлов производится при помощ,и микроскопа для исследования формы кристаллической решетки пользуются методом рентгенографии или электронографии. [c.120] Сущность микроскопического метода исследования металлов заключается в следующем. Тонко полированную поверхность металла (шлиф) подвергают действию различных реагентов (травление), в зависимости от характера металла и задачи исследования. В металле, состоящем из однородных кристаллов, при травлении выявляются границы соприкосновения зерен, что дает возможность определить их величину, форму и ориентацию. Воздействие реагентов на металл неоднородной кристаллической структуры проявляется неодинаково одни составляющие подвергаются большему разрушению, другие—меньшему, некоторые совсем не разрушаются. Рассматривая затем под микроскопом в отраженном свете поверхность шлифа, определяют структуру металла (см. рис. 68—70, стр. 150—152). Этим методом определяют не только форму, величину и ориентацию кристаллов, но иногда и химический состав металла. [c.120] В настоящее время для определения химического состава металлов широко используют методы спектрального анализа, а также начинают применять методы рентгено-спектрального анализа. Для качественного и количественного спектрального анализа применяют метод линейчатых эмиссионных спектров, позволяющий определять ничтожные количества примесей. При проведении спектрального анализа металл превращают в пары при помощи вольтовой дуги или ацетиленового пламени и наблюдают или фотографируют получаемый спектр в специальных приборах (спектрографах). Каждый металл имеет в спектре свою характерную для него линию, измеряя интенсивность которой, определяют качество и количество металла. [c.120] При рентгеновском спектральном анализе исследуемый металл помещают в рентгеновскую трубку в качестве антикатода. Лучи антикатода направляют через щель и кристалл в ионизационную камеру, снабженную электрометром. Ионизационную камеру можно заменить счетчиком Гейгера или фотографической пленкой. Путем сравнения результатов измерений с эталонами определяют содержание элементов в исследуемом металле. [c.120] В последнее время при изучении структуры металлов широко используется рентгеновский метод анализа. На рис. 53 изображена рентгенограмма, полученная по методу Дебая (так назд шаемая дебаеграмма). По количеству и взаимному расположению дуг или колец на такой рентгенограмме можно определить тип кристаллической решетки и вычислить межатомные расстояния и параметры решетки. На практике эти определения часто производят путем простого сравнения полученной дебаеграм-мы с дебаеграммами эталонных образцов металлов. [c.120] Рентгеновский метод на заводах применяется также для контроля качества слитков (выявление неметаллических включений, раковин и других пороков). Для этих же целей с большим успехом используется ультразвук (ультразвуковая дефектоскопия). [c.121] Диаграммы состояния. При изучении металлов и сплавов большую роль играют диаграммы состояния, выражающие зависимость между определенным свойством и составом сплава (диаграммы состав—твердость, состав — теплопроводность, состав — температура плавления и т. д.). [c.121] На рис. 54 приведена кривая охлаждения сплава 95% свинца и5% сурьмы. Точка А на кривой соответствует началу выделения кристаллов свинца, т. е. началу кристаллизации расплава. При температуре, соответствующей точке В, начинается застывание эвтектики. Таким образом, на диаграмме состояния процесс кристаллизации отмечается прямой АВ. Температура, при которой в сплаве данного состава происходит какое-либо превращение, носит название критической точки. На приведенной кривой охлаждения имеется две критические точки А—начало кристаллизации и В—начало затвердевания сплава. На кривой охлаждения расплава чистого металла или эвтектики не было бы перегиба в точке А, так как кристаллизация расплава произошла бы при одной температуре, что было бы отмечено прямой, параллельной оси абсцисс. [c.121] Точка А соответствует температуре начала кристаллизации (296°) точка В—температуре затвердевания эвтектики (243°). [c.121] Определив критические точки для нескольких сплавов одной системы (например, РЬ—ЗЬ), строят диаграммы ее состояния, откладывая на оси абсцисс состав сплава, а на оси ординат—температуры. [c.121] АОВ (линия ликвидуса) сплавы полностью находятся в жидком состоянии, а ниже прямой кР (линия солидуса)—в твердом состоянии. Сплав, содержащий 5% сурьмы и 95% свинца, будет застывать следующим образом. Выше температуры 296° (точка а) сплав будет находиться в жидком состоянии. При указанной температуре начнет кристаллизоваться чистый свинец. По мере понижения температуры до 243° (точка к) из жидкого расплава будут выпадать кристаллы чистого свинца. При температуре 243° оставшаяся жидкая фаза также закристаллизуется и весь сплав перейдет в твердое состояние. [c.122] При каждой температуре в интервале 296—243° выпадает определенное количество кристаллов свинца. Если выдерживать сплав при какой-либо промежуточной температуре, после затвердевания определенного количества свинца устанавливается равновесие между твердой фазой (кристаллы свинца) и оставшейся жидкой фазой. В дальнейшем, сколько ни выдерживать сплав при этой температуре, все время существуют две фазы твердая и жидкая. Жидкая фаза, застывающая при температуре 243°, имеет так называемый эвтектический состав (13% 5Ь и 87% РЬ) и в твердом виде представляет собой механическую смесь (конгломерат) мельчайших кристаллов сурьмы и свинца. [c.122] Все сплавы, содержащие не более 13% сурьмы и более 87% свинца, застывают указанным образом. В твердом виде они обладают структурой, состоящей из кристаллов свинца и эвтектического конгломерата сурьмы и свинца. Начальная температура кристаллизации таких сплавов изменяется по кривой АаО. [c.122] Структура затвердевших сплавов различна чем больше содержится свинца в исходном сплаве, тем больше образуется свободных кристаллов свинца и меньше эвтектического конгломерата в твердом сплаве. [c.122] Охлаждение сплава, содержащего, например, 20% сурьмы и 80% свинца, происходит следующим образом. Выше температуры 280° сплав находится в жидком состоянии. При охлаждении до 280° (точка Ь) сплав начинает кристаллизоваться с выделением кристаллов чистой сурьмы. Этот процесс продолжается при охлаждении до температуры 243° (точка т), при которой весь сплав затвердевает. Структура затвердевшего сплава представляет собой смесь кристаллов чистой сурьмы и эвтектического конгломерата. [c.122] Подобным же образом происходит охлаждение всех сплавов, содержащих более 13% сурьмы и менее 87% свинца. Разница заключается только в температуре начала кристаллизации сплавов, которая изменяется по кривой ОЬВ, и в содержании кристаллов чистой сурьмы в затвердевшем сплаве. Чем больше содержится сурьмы в исходном сплаве, тем больше будет свободных кристаллов сурьмы и меньше эвтектического конгломерата в затвердевшем сплаве. [c.122] Точка О на диаграмме носит название эвтектической точ-к и. Все сплавы, поля кристаллизации которых расположены слева от эвтетической точки, носят название доэвтектических спла-в о в. При расположении полей кристаллизации справа от этой точки сплавы называют заэвтектическими. Прямая линия кР называется эвтектической. [c.122] На рис. 56 схематически показано изменение структуры сплавов свинца и сурьмы. [c.122] Вернуться к основной статье