Скачать 1.03 Mb.
|
Аппаратура и методика исследования Микроструктурный анализ, получивший широкое распространение в инженерной практике, заключается в изучении структуры материала с помощью оптического металломикроскопа при увеличении от 100 до 500 (максимальна до 2000 раз). Схема металломикроскопа показана ни рис. 1.4. 4 3 2 4 6 5 1 Рис.1.4. Оптическая схема металломикроскопа: 1 - лампа накаливания; 2 - диафрагма; 3 – фильтр; 4 - оптическая призма; 5 – объектив; 6 - исследуемый объект; 7 – окуляр; 8- глаз наблюдателя 71 8 От источника света (лампы накаливания) световой поток через систему конденсорных линз диафрагм и светофильтров, поворотных приам попадает на поверхность исследуемого объекта. Отразившись от нее, он попадает через объектив и окуляр в глаз наблюдателя. Микроструктуру металлов и сплавов изучают на специально подготовленных образцах – микроструктурах (шлифах), вырезанных из наиболее характерных и важных мест исследуемого объекта. Наиболее удобными для исследования является шлифы, имеющие форму цилиндра диаметром 10-20 мм и высотой 10-15 мм или форму параллелепипеда размерами основания от 10×10 до 20×20 и высотой 10-16 мм. Если шлифы изготавливаются из проволоки, тонких листов и других малых по размерам и тонкостенных деталей, то их либо заливают в специальных обоймах легкоплавкими материалами или пластмассами, либо зажимают в струбцинах. Предварительная подготовка шлифов включает вырезку, шлифования наждачной бумагой с последующим полированием на специальных станках с использованием окиси никеля или хрома. После полирования шлифы промываются последовательно водой и спиртом. Приготовленные таким образом шлифы хранят в эксикаторах в атмосфере, предохраняющей от увлажнения и окисления. Микроструктурный анализ проводится как на нейтральных, так и на травленых шлифах. Исследование нейтральных шлифов позволяет выявить степень загрязнения металлов, обнаружить микротрещины, поры и другие подобные дефекты. С целью исследования собственной структуры материала шлифы подвергают легкому травлению. Травление шлифов проводится в малоконцентрированных реактивах при нормальной температуре и незначительной продолжительности травления, например, легкое травление исследуемых образцов проводится в растворе 4% азотной кислоты при комнатной температуре в течение 40 секунд. В результате такой обработки шлифа за счет того, что более интенсивно растворяются места шлифа, имеющее более низкий электродный потенциал, выделяются границы зерен, различные фазовые и структурные составляющие. В разной степени растворившиеся участки по-разному рассеивают световые лучи и поэтому при наблюдении с помощью микроскопа одни участки, например, границы зерен и фазы, более подвергшиеся травлению, кажутся более темными, чем остальные. После ознакомления с принципом действия металломикроскопа (ход луча) и методикой изготовления шлифов. Студенту предоставляется комплект шлифов различных сплавов системы Fe – C согласно нижеприведенной таблицы (табл.1.1). Таблица 1.1 Основные характеристики исследуемых образцов
С помощью металломикроскопа изучается микроструктура сплавов, которая затем зарисовывается на специальном бланке. Структурные составляющие стрелками обязательно указываются в зарисовках. Отчет должен содержать чертеж диаграммы состояния Fe – C и ее анализ. Структурные составляющие должны быть объяснены.
а) феррит; б) аустенит; в) перлит.
Лабораторная работа №2 Исследование удельного электрического сопротивления и его температурного коэффициента проводниковых материалов
Изучить влияние состава, структуры и температуры окружающей среды на электропроводность проводниковых материалов.
3.1. Удельное электрическое сопротивление (удельная электропроводность). Сопротивление проводника с постоянным поперечным сечением S и длиной l определяется по формуле: , (2.1) где ρ – удельное электрическое сопротивление материала, из которого изготовлен данный проводник. Отсюда . (2.2) В международной системе единиц СИ удельное электрическое сопротивление измеряется также в . Величина удельной электропроводности определяется как (2.3) Для металлических проводников величина удельного электрического сопротивления находится в пределах от 0,016 () для серебра до, примерно, у железо-хромоалюминиевых сплавов. Согласно классической теории электропроводности металлы рассматриваются как кристаллические тела, в узлах кристаллической решетки которых располагаются ион-атомы, совершающие хаотические тепловые колебания относительно статистического центра. Пространство между ион-атомами заполнено коллективизированными свободными электронами, способными перемещаться внутри кристаллической решетки. Под влиянием электрического поля эти электроны способны направленно перемещаться, создавая электрический ток. В силу того, что кристаллическая решетка реальных металлов содержит множество точечных, линейных и объемных дефектов, а также вследствие тепловых колебаний ион-атомов, свободные электроны при своем направленном движении под воздействием электрического поля будут периодически сталкиваться с дефектами кристаллического строения и ион-атомами металла. При соударениях рассеивается энергия, приобретенная электроном при движении в электрическом поле. Наличие рассеяния энергии при соударении направленно движущихся свободных электронов на ион-атомах и дефектах кристаллического строения составляет физическую сущность электрического сопротивления. Таким образом, удельное электрическое сопротивление определятся как (2.4) где - удельное электрическое сопротивление, обусловленное рассеянием энергии за счет тепловых колебаний ион-атомов; – удельное электрическое сопротивление, вызванное рассеянием энергии электронов на дефектах кристаллического строения. Путь, который проходят электроны между такими соударениями, называется средней длиной свободного пробега электрона. Удельное электрическое сопротивление металла, согласно классической теории проводимости представляется следующим образом: (2.5) где m - масса электрона (); - средняя длина свободного пробега электрона, обладающего энергией Ферми; v - средняя скорость движения электрона; e - заряд электрона, равный ; n - концентрация электронов в единице объема . Аналогичное выражение для удельного электрического сопротивления на основе выводов квантовой волновой теории имеет вид (2.6) где h – постоянная Планка; К – числовой коэффициент. Поскольку скорость теплового хаотического движения электронов различных металлов примерно одинакова, незначительно также отличаются и концентрации электронов, величина удельного электрического сопротивления металлических проводников зависит в основном от средней длины свободного пробега электронов, так как в первую очередь зависит от структуры металлов и числа дефектов кристаллического строения. Чистые металлы, характеризующиеся сравнительно незначительным искажением кристаллической решетки, имеют гораздо меньшие значения удельного электрического сопротивления, чем металлические сплавы, кристаллическая решетка которых, как правило, сильно искажена и величина мала. Присутствие в металле примесей способствует искажению кристаллической решетки, что вызывает рост удельного электрического сопротивления. T a) B ж ж + А B , % ρ TKρ TKρ ρ B , % б) 0 Рис. 2.1. Диаграмма состояния (а) и диаграмма состав-свойства (б) сплавов, компоненты которых образуют неограниченные твердые растворы Особенно сильно искажается кристаллическая решетка и, как следствие этого, возрастает удельное электрическое сопротивление в сплавах, компоненты которых образуют твердые растворы (рис.2.1). Пластическая деформация металлов, сопровождающаяся наклепом, для которого характерно искажение кристаллической решетки и появления дефектов кристаллического строения, также приводит к возрастанию удельного электрического сопротивления. При этом у чистых металлов наклеп увеличивает ρ слабо (всегда на несколько процентов), тогда как у сплавов величина ρ при наклепе может возрастать на несколько десятков процентов. Рекристаллизационный отжиг приводит к исчезновению наклепа и следовательно, удельное электрическое сопротивление снижается, возвращаясь к исходному значению перед пластической деформацией. Величина зерна в проводниковых материалах влияет на значение удельного электрического сопротивления. Укрупнение зерна приводит к увеличению электропроводности, т.е. к снижению ρ, т.к. с уменьшением суммарной протяженности границ между зернами в единице объема и объемных дефектов кристаллического строения меньше. 3.2 Температурный коэффициент удельного электрического сопротивления ТКρ(ρ) численно выражает степень изменения удельного электрического сопротивления материала при изменении температуры на 1 градус. В общем случае при повышении температуры проводника концентрация электронов (число свободных носителей заряда) в металле остается неизменной. Вследствие усиления тепловых колебаний ион-атомов металла в узлах кристаллической решетки вероятность соударения электронов с этими элементарными частицами возрастает, длина свободного пробега электрона сокращается, а удельное электрическое сопротивление растет. Δt ρ Т, К Рис. 2.2. Зависимость удельного электросопротивления металлического проводникового материала от температуры ρt ρ0 t t0 ТПЛ Типичный график изменения удельного электрического сопротивления от температуры металлического проводника представлен на рис. 2.2. На этом графике скачок ρ соответствует температуре плавления металла. Линейно-кусочная аппроксимация позволяет вычислить значение удельного электрического сопротивления при температуре t по формуле: (2.7) где ρ0 – удельное сопротивление при температуре t0 ; ; ТКρ - средний температурный коэффициент удельного сопротивления. Из выражения (2.7) следует что: . (2.8) Значение ТКρ для чистых металлов близки друг к другу и их приближенно можно считать У сплавов значение ТКρ может быть равно и даже меньше нуля при соответствующем подборе компонентов (рис. 2.1). Этот факт объясняется тем, что при более сложном составе и структурах по сравнению с чистыми металлами изменение электропроводности их обусловлено не только длиной свободного пробега электрона, но и частичным возрастанием концентрации носителей при повышении температуры. Таким образом, например, сплав, у которого уменьшение длины (ср) с повышением температуры будет компенсировано возрастанием концентрации носителей (см. выражение (2.5) и (2.6)), будет иметь . |
... | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | ||
Лабораторная работа Выполнение расчетов с использованием программирования в среде Visual Basic for Applications (vba). 8 | Лабораторная работа №8. Структурирование таблицы с автоматическим подведением итогов | ||
Целью работы является изучение возможностей субд microsoft Access 2007 по созданию и ведению баз данных | Целью работы является изучение возможностей субд microsoft Access 2007 по созданию и ведению баз данных | ||
Исследование волокон и волокнистых материалов /^Исследование металлов, сплавов, металлических изделий | Семинар «Методология проведения химико-токсикологического анализа (хта). Направленный и ненаправленный хта. Вещественные доказательства.... | ||
Лабораторная работа №6 (статические массивы, знакомство с графическим режимом. Возможно будет изменена) 49 | Задания на экзамен выполняются студентом в компьютерном классе при наличии конспектов под руководством преподавателя |
Поиск Главная страница   Заполнение бланков   Бланки   Договоры   Документы    |