2.1.6.3. Поверхневі дефекти

Поверхневі дефекти малі в одному вимірі й значно більші в двох інших. До цих дефектів належать границі зерен, границі фрагментів і блоків.

Конструкційні метали та їх стопи мають полікристалічну будову: вони скла­даються із безлічі дрібних кристаликів — зерен (рис.2.1.11). Сусідні зерна мають неоднакову орієнтацію кристалічних ґраток (рис. 2.1.11, а). Між зернами існують вузькі перехідні зони шириною до декількох атомних діаметрів — границі зерен із нерегулярним розташуванням атомів (рис.2.1.11,6). На границях концентруються дислокації і домішки. Зерно не є кристалом ідеальної будови. Воно складається з фрагментів, а фрагменти — з блоків. Ґратки сусідніх фрагментів розорієнтовані на кут до кількох градусів, а ґратки сусідніх блоків — на кут менший за один градус. На границях фрагментів і блоків концентруються дислокації (рис.2.1.12). Якщо розорієнтація сусідніх зерен становить декілька десятків градусів, то такі границі називають великокутовими, а при розорієнтації до 5° маємо малокутові границі. Малокутові границі властиві фрагментам і блокам; вони утворюються під час холодної деформації, рекристалізації й полігонізації.

1о границях зерен порівняно легко здійснюється дифузія. Границі зерен мають °мітний вплив на механічні властивості металів. Що дрібніші зерна, то вища пластичність і міцність металів.

69

2.1.6.4. Об'ємні дефекти

До об'ємних можна зачислити локальні нагромадження точкових дефектів — вакансій, а також газові порожнини, мікротріщини й неметалеві включення.

2.1.7. Методи дослідження структури

Методи дослідження структури — макро- і мікроскопічний аналіз, рент-геноструктурний аналіз та ін. широко використовують не лише в наукових, але й у заводських лабораторіях, оскільки здебільш існує надійний зв'язок між структурою і властивостями металів. На підставі структурних досліджень і механічних випробовувань можна зробити висновок про придатність обсте­жуваного матеріалу для тих чи інших умов екплуатації.

Макроскопічний аналіз полягає у дослідженні будови металу неозброєним оком або при невеликих збільшеннях до ЗО разів. Будову метану, яку виявляють при цьому, називають макроструктурою (від грецького (хакроС, — великий). Макроструктуру можна спостерігати на поверхні виробів, на зламах і на шліфах. Макроскопічний аналіз застосовують для виявлення макродефектів: порожнин і тріщин, хімічної та структурної неоднорідності металу, форми та розмірів кристалів у литому металі тощо. Перевагою макроаналізу є можливість швидко обстежити досліджувану поверхню з метою отримання попередніх даних про будову металу. Водночас, внаслідок невеликих збільшень, макроаналіз не дозволяє виявити всі особливості будови металу. На підставі даних макроаналізу часто роблять висновок про недоцільність застосування технологій, які мають вплив на формування макроструктур, що погіршують механічні властивості металу.

Мікроскопічним аналізом називають дослідження будови металу за допомогою мікроскопа; будова металу, яку вивчають під мікроскопом, є мікроструктурою (рикрОь по-грецьки — малий). Для мікроскопічних досліджень широко використовують як

оптичні, так і електронні мікроскопи.

і

ПІД час мікроаналізу вивчають тонку будову матеріалу: форму та розміри зерен і фаз у стопі, їх відносний розподіл, а також виявляють неметалеві включення (оксиди, сульфіди) чи мікродефекти (дислокації, мікропорожнини, мікротріщини). Зокрема за мікроструктурою знаходять в стопі частку певного хімічного елемента, наприклад, вуглецю у сталі.

Об'єктом мікроскопічних досліджень є мікрошліф, тобто зразок із _шчіфованою, полірованою і, як правило, протравленою хімічним реактивом поверхнею. Оскільки реактив неоднаково взаємодіє з різними структурами, то він утворює на відполірованому шліфі характерний мікрорельєф. Зокрема під час травлення чистих металів або твердих розчинів реактив активніше взаємодіє з границями зерен. Під прямим освітленням протравлені границі зерен найбільше розсіюють світло й мають вигляд темних ліній (рис.2.1.13,а,в). При травленні різнофазового* стопу реактив найслабше реагує з хімічно тривкою фазою 2 (рис.2.1.13,6), менш тривку фазу 1 розчиняє частково і нетривку щодо реактиву фазу 3 розчиняє найбільше. Тому фаза 3, найсильніше розсіюючи світло, виглядає в окулярі мікроскопа найтемнішою, а фаза 2 навпаки найсвітлішою.

За допомогою оптичного металографічного мікроскопа досліджують струк­туру при збільшенні від 50 до 2000 разів, тобто з його допомогою можна розрізнити елементи структури розміром до 0,2 мкм (200 нм).

Дуже дрібні частинки структури вивчають в електронному мікроскопі, де зображення створюється за допомогою швидкого потоку електронів. Відомі прямі й непрямі методи дослідження структури в електронних мікроскопах.

Непрямі методи грунтуються на просвічуванні потоком електронів дуже

^нких зліпків — реплік, які виготовляють за спеціальними методиками і які з

ликоіо точністю відтворюють рельєф поверхні травленого шліфа. На репліках

• °жна спостерігати частинки структури розміром до 2...5 нм.

_g панівних (растрових) електронних мікроскопах зображення створює

Ринна емісія електронів, що випромінюються поверхнею об'єкта дослідження

~ 2°-^потоку первинних електронів {прямі методи дослідження).

* Див. розділ 4

Фрактографія—дослідження поверхонь руйнування (зламів) візуально або за допомогою оптичного чи електронного мікроскопів для встановлення зв 'язку між структурою металу, умовами навантаження, середовищем і механізмами руйнування. Електронний мікроскоп на противагу оптичному забезпечує значну глибину різкості зображення при великих збільшеннях.

Розташування атомів у кристалах і відстані між: ними визначають шляхом рентгеноструктурного аналізу з використанням рентгенівських променів. Характерною особливістю рентгенівських променів є їх дуже мала довжина, внаслідок чого промені, скеровані на кристалічне тіло, не відбиваються поверхнею, а проникають в нього і спричиняються до виникнення розсіяних променів, генерованих збудженими атомами цього тіла. Оскільки атоми в кристалі регулярно розташовані, то розсіяні промені взаємодіють між собою, посилюючи або гасячи один одного. Якщо в напрямку потоку цих променів поставити фотопластинку, то посилені промені залишать на ній кільцеві плями, розшифровуючи які, можна встановити тип кристалічної комірки і величину її параметрів. Рентгенівськими променями визначають також дефектність, деформацію кристалічної ґратки та орієнтацію зерен.