Теоретический раздел

Исследование структуры металла имеет большое значение при изучении курса материаловедения, поскольку уровень механических свойств любого материала определяется его внутренним строением.

В промышленных условиях для контроля качества металла, в том числе для уточнения технологических параметров литья, ковки, термической обработки, наиболее часто используют исследование макро- и микроструктуры.

Макроструктуру исследуют (ГОСТ 10243-75) путем осмотра невооруженным глазом либо при помощи лупы (при увеличении до 20…50 раз) образца любых размеров. Изучаемый образец обычно представляют из себя плиту, поверхность которой подвергается шлифованию и химическому травлению (макротемплет). Иногда при исследовании макроструктуры рассматривают поверхность металла в изломе. Контроль макроструктуры позволяет выявить объекты размером более 0, 2 … 0, 5 мм: зерна в литом металле, дефекты литого металла, такие как газовые пузыри, трещины, скопления примесей и т.д. Плакат «Схемы макроструктур»

Изучение микроструктуры (ГОСТ 5639-82) проводят обычно с помощью оптических микроскопов при увеличении 100 … 1500 раз (чаще 100 … 300). В этом случае выявляются объекты размерами крупнее 0, 5 … 1 мкм: границы зерен деформированного металла, фазы и структурные составляющие сплавов, неметаллические фазы типа карбидов, сульфидов, оксидов и т.п. В этом случае образцы исследуемого материала (микрошлифы) имеют сравнительно небольшие размеры (площадью порядка 1 … 5 см³). Изучаемая поверхность после шлифования подвергается полировке, а при необходимости более четкого выявления отдельных структурных составляющих дополнительно протравливается специальными химическими реактивами.

Для изучения более тонких элементов структуры (атомно-кристаллической) применяют электронную микроскопию (при исследовании дислокаций, границ блоков и других объектов размерами порядка 10^-2 …10^-4 мкм, при увеличении в десятки и сотни тысяч раз), рентгеноструктурный анализ (для определения типа и параметров элементарной кристаллической решетки с точностью до долей ангстрема, )

Рисунок 1 – Влияние плотности дислокаций на прочность железа

Основными способами увеличения количества дислокаций в реальных металлах являются:

I – холодная деформация (наклеп),

II - легирование (замена чистых металлов сплавами),

III - неравновесная термообработка (закалка).