Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

ность, определяемая еолновои природой света, ке меняется.

Разрешающая способность электронных микроскопов значительно выше световых. Использование электронных лучей, обладающих очень малой длиной волны (0,04-0,12) 10", дает возможность различать детали изучаемого объекта размерами до 0,2-0,5 нм.

Наибольшее распространение нашли просвечивающие электронные микроскопы ПЭМ, в которых поток электронов проходит через изучаемый объект, представляющий собой тонкую фольгу. Получаемое изображение является результатом неодинакового рассеивания электронов на объекте.

ПЭМ позволяет подробно изучать субструктуру металла. Одно из наиболее важных достижений электронной микроскопии - возможность прямого наблюдения дефектов кристаллической структуры. На рис. 2, б, в показана микроструктура, полученная в электронном микроскопе.

Очень большое применение получили растровые электронные микроскопы (РЭМ), в которых изображение создается благодаря вторичной эмиссии электронов, изучаемых поверхностью, на которую падает непрерывно перемещающийся по этой поверхности поток первичных электронов.

Растровый микроскоп позволяет изучать непосред ственно поверхность металла, однако разрешающая способность его (25-30 нм) меньше, чем просвечивающего электронного микроскопа.

В последние годы для оценки лзеталлургического качества металла, изучения закономерностей процесса разрушения, влияния структурных, технологических и других факторов на разрушение широко применяют методы фрактографии - области знания о строении изломов, характеризующих механизм разрушения.

Под изломом понимают поверхность, образующуюся в результате разрушения металла. Вид излома определяется условиями нагружения, кристаллографическим строением и микроструктурой металла (сплава), формируемой технологией его выплавки, обработки давлением, термической обработки, температурой и средой, в которых работает конструкция.

Изломы изучают на макро- и микроуровке (при увеличениях до 50 тыс. крат и выше). Метод визуального изучения изломов, а также с помош,ью светового микроскопа при небольших увеличениях 1-?азывается фрактографией. Исследование особенностей тонкой структуры изломов под электронным или растровым микроскопом носит название м и к р о ф р а к т о -г р а ф и и (рис. 2, г).

Для изучения атомио-кристаллического строения металлов и сплавов применяют рентгеноструктурный анализ. Он основан на дифракции рентгеновских лучей с очень малой длиной волны (0,02-0,2 нм) рядами атомов в кристаллическом теле. Для этой цели, кроме рентгеновских лучей, используют электроны и нейтроны, которые также дают дифракционные картины при взаимодействии с ионами (атомами) металла.

В металловедении все шире для изучения распределения примесей и специально введенных элементов в сплавах применяют метод рентгеноспек-тральиого микроанализа (РСМА). С помощью РСМА определяют химический состав микрообластей на металлографическом шлифе, при этом достигается разрешение порядка микрометров.

Нередко для изучения строения металлов и сплавов используют физические методы исследования (тепловые, объемные, электрические, магнитные). В основу этих исследований положена взаимосвязь между изменениями физических свойств и процессами, происходящими в металлах и сплавах при их обработке или в результате тех или иных воздействий (термических, механических и др.). Наиболее часто используют дифференциальный термический анализ (построение кривых охлаждения в координатах температура-время) идилатометрический метод, основанный на изменении объема при фазовых превращениях. Для ферромагнитных материалов применяют магнитный анализ.

Атомно-кристаллическое строение металлов

Под атомно - кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов (ионов), существующее в реальном кристалле.

I"

В твердом состоянии металл представляет собой совокупность закономерно расположенных в кристалле положительно заряженных ионов, связанных между собой свободными или коллективизированными электронами. Связь в металле осуществляется электростатическими силами. Между ионами и коллективизированными электронами проводимости возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Такая связь называется металлической.

Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами притяжения между ионами и электронами. Атомы (ионы) располагаются на таком расстоянии один от другого, при котором сила взаимодействия минимальна. Как видно из рис. 3, этому положению соответствует равновесное состояние Go- Сближение атомов (ионов) на расстояние меньше Go или удаление их на расстояние больше Go осуществимо лишь при совершении определенной работы против сил тяжения. Поэтому в металле а гаются закономерно, вильную кристаллическую решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов.

Кристаллическая решетка (рис. 4) состоит из воображаемых линий и плоскостей, проходящих через точки расположения ионов в пространстве. Ионы в узлах кристаллической решетки колеблются с частотой порядка 10 колебаний/секунду. Эго движение не прекращается даже при температуре, близкой к абсолютному нулю. Жирными линиями выведен наименьший параллелепипед, последовательным перемещением которого вдоль трех своих осей может быть построен весь кристалл.

Этот наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме, получил название элементарной кристаллической ячейки.

Рис. 3. Схема взаинодей-сТЕИя двух атомов в зависимости от межатомного расстояния а

отталкивания и при-томы распола-образуя пра-