Физические методы исследования металлов и сплавов

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ...

скачать книгу Физические методы исследования металлов и сплавов

Постоянную магнитометра к можно определить по любому однофазному образцу с известной намагниченностью, например, по железному:
...
Рис. 6.65. Упрощенная схема устройства дипольного магнитометра (а) и изменение положения образца в магнитном поле при увеличении намагниченности (б)
...
Рассмотрим случай, когда намагниченность образца возрастает в процессе измерений от нуля до некоторой величины М,
...
В этом уравнении M и V - намагниченность образца и его объем, Н - напряженность магнитного поля в зазоре, С - упругая постоянная нити подвеса, а - угол поворота образца. Отсюда следует
...
вычислении М по уравнению (6.78) составляет около 5 % (при Н « 400 кА/м) и может иметь разный знак в зависимости от количества магнитной фазы в образце.
...
Рис. 6.65. Упрощенная схема устройства дипольного магнитометра (а) и изменение положения образца в магнитном поле при увеличении намагниченности (б)
...
Здесь AN - разность значений поперечного и продольного коэффициентов размагничивания. Сложность этого выражения делает нерациональным его применение для решения задач фазового анализа. Обычно используют приближенное соотношение (6.78).
...
Дифференциальный магнитометр предназначен для непрерывной регистрации процессов, сопровождающихся изменением намагниченности образца. В отличие от анизометра, образец в дифференциальном магнитометре неподвижен и его продольная ось совпадает с направлением магнитного поля.
...
Железный сердечник 2 электромагнита магнитометра (рис. 6.66) состоит из двух одинаковых Ш-образных половин с осевыми каналами в крайних стержнях, несущих намагничивающие катушки 4.
...
Рис. 6.66. Схема устройства дифференциального магнитометра (а), распределение магнитного потока без образца (б) и потока образца (в)
...
Цилиндрический образец 1 располагается в одном из осевых каналов так, что его середина совпадает с серединой воздушного зазора сердечника. Магнитные потоки намагничивающих катушек суммируются. Части магнитных потоков, создаваемых катушками в каждом из крайних стержней сердечника, ответвляются в средний стержень, где их направления противоположны. При геометрической и магнитной симметричности электромагнита относительно вертикальной плоскости, проходящей через средний стержень, результирующий магнитный поток в нем равен нулю. Магнитный поток образца также распределяется между крайним и средним стержнями (см. рис. 6.66,в), причем большая часть Ф1
...
Рис. 6.66. Схема устройства дифференциального магнитометра (а), распределение магнитного потока без образца (б) и потока образца (в)
...
Дифференциальный магнитометр иногда рассматривают как пермеаметр с частично замкнутой магнитной цепью, но между этими приборами существует принципиальное отличие. Показания пермеаметра пропорциональны индукции образца, а показания дифференциального магнитометра -намагниченности образца
...
где постоянная k зависит от конструктивных параметров магнитометра и может быть определена по железному образцу, намагниченность которого известна. Эта особенность дифференциального магнитометра обусловлена тем, что в отсутствии образца магнитный поток и, следовательно, напряженность поля в зазоре среднего стержня равны нулю.
...
В осевом канале электромагнита может быть установлена печь или охлаждающее устройство для проведения измерений при температурах, отличных от комнатной.
...
В научной литературе имеются сведения о применении дифференциальных магнитометров для исследования процессов, протекающих с высокой скоростью, например, для изучения отпуска мартенсита при нагреве со скоростью 104 °С/с. Следует иметь в виду, что при очень быстром изменении намагниченности образца сигнал датчика напряженности поля (то есть показания магнитометра) может существенно запаздывать вследствие магнитной вязкости сердечника. Например, определение мартенситной точки при закалке образцов в воде, проводившееся с помощью магнитометра с сердечником из стали Ст3 сечением 100x100 мм, сопровождалось погрешностью 50...150
...
Магнитометр с переменным магнитным полем. Если две одинаковые катушки, соединенные последовательно и навстречу друг другу, поместить в переменное магнитное поле, то результирующая ЭДС на их зажимах будет равна нулю.
...
Внесение ферромагнитного образца в одну из катушек нарушает компенсацию, на зажимах появляется ЭДС, пропорциональная намагниченности образца при прочих равных условиях. При этом
...
Здесь Ео, Еэ - ЭДС на зажимах измерительных катушек при внесении образца и эталона соответственно;, где M(), M3
...
Магнитометр с переменным магнитным полем удобен для определения количества остаточного аустенита в образцах или стержне-видных изделиях из закаленной стали. В полях ~4 кА/м показания прибора линейно связаны с количеством остаточного аустенита при содержании его до 30 % (рис. 6.67).
...
вестным его количеством. Показания магнито- ства магнитной фазы в образце на отношение Ео/Еэ
...
Намагниченность насыщения ферромагнитной фазы при температурах, далеких от точки Кюри, практически не зависит от напряженности магнитного поля.
...
Намагниченность насыщения фазы, стабильной в некотором интервале температур, при неизменном химическом составе является обратимой функцией температуры.
...
Для осуществления фазового анализа необходимо экспериментально построить температурную зависимость намагниченности насыщения образца из исследуемого сплава Ms
...
часто затруднено тем, что неизвестна намагниченность насыщения фаз, содержащихся в сплаве, или неизвестно, имеются ли в сплаве неферромагнитные фазы (или фаза).
...
Необходимо учитывать возможность изменения химического состава фаз при нагреве. Для предотвращения этого построение кривой Ms0
...
Определение количества карбидов в отожженной стали Применительно к углеродистой стали эта задача легко решается методом эталона. Эталонный образец должен быть изготовлен из феррита, то есть из технического железа. При температуре Т выше точки Кюри цементита (211 °С) аналогично соотношению (6.95)
...
Нагрев для построения температурных зависимостей намагниченности насыщения образца и эталона необходимо проводить до температуры, несколько превышающей 770 °С, чтобы убедиться в совпадении точек Кюри эталона и феррита образца. Их различие будет свидетельствовать о неодинаковом содержании кремния и марганца в феррите образца и в эталоне, что приведет к погрешности, обусловленной влиянием этих элементов на намагниченность насыщения.
...
Определение количества карбидов в легированной стали осложняется необходимостью знать химический состав феррита, так как концентрация легирующих элементов в нем не совпадает с их содержанием в стали. В связи с этим изготовление необходимого эталона является непростой задачей.
...
В научной литературе неоднократно приводились различные формулы для расчета намагниченности насыщения легированного а -раствора по его химическому составу, основанные на предположении о справедливости принципа аддитивности. Экспериментальная практика показала, что при многокомпонентном легировании и повышенных концентрациях элементов принцип аддитивности в большинстве случаев не выполняется. Следовательно, использование расчетных значений M ф
...
Из этого следует, что для определения количества остаточного аустенита необходимо иметь эталон, полностью состоящий из мартенсита того же химического состава, что и мартенсит стали, обладающий намагниченностью . Такой эталон изготовить трудно или невозможно, так как даже
...
после обработки холодом в жидком азоте при -196 °С в легированных сталях может сохраняться некоторое количество остаточного аустенита. Использование такого образца в качестве эталона приведет к тем большей погрешности определения количества остаточного аустенита, чем меньше его в исследуемом образце и чем больше - в эталоне.
...
эталонному образцу с известным количеством остаточного аустенита Ра, определенным методом рентгеноструктурного анализа. Количество мартенсита в таком эталоне Рмэ
...
ниченность и появляются карбиды, обладающие значительно меньшей намагниченностью, чем мартенсит. Поэтому применение низкоотпущенных образцов в качестве эталонов для определения количества остаточного аустенита неизбежно приводит к погрешности.
...
Оценка количества остаточного аустенита в закаленных высоколегированных сталях связана с еще большими затруднениями. В общем случае такие стали после закалки состоят из легированного ферромагнитного мартенсита, парамагнитного остаточного аустенита и парамагнитных карбидов, поэтому намагниченность образца определяется соотношением (6.97). Для более или менее точного определения количества остаточного аустенита необходимо определить количество карбидов методом, не связанным с магнитным анализом, и иметь мартенситный эталон, по химическому составу аналогичный мартенситу исследуемой стали. Определение количества карбидов может быть выполнено методом химического карбидного фазового анализа, но изготовление многокомпонентного мартен-ситного эталона в большинстве случаев практически невозможно.
...
Структура закаленной стали в зависимости от ее химического состава и температуры нагрева под закалку может состоять: из мартенсита (редкий случай); из мартенсита и остаточного аустенита; из мартенсита, остаточного аустенита и нерастворенных карбидов. Последние обычно стабильны при температурах ниже критических точек и не участвуют в процессах отпуска. Основные изменения намагниченности при отпуске обусловлены распадом мартенсита и остаточного аустенита. Изменение химического состава карбидов, выделившихся при отпуске, влияет на намагниченность стали в меньшей степени. Заметим, что специальные карбиды парамагнитны и не могут непосредственно влиять на намагниченность стали. Изменения последней обусловлены изменениями химического состава и количества а-раствора, вызванными карбидными превращениями.
...
Наиболее значительные изменения фазового состава и намагниченности при отпуске происходят в высокоуглеродистых сталях. Небольшое снижение намагниченности стали У10, закаленной из у-области, происходящее
...
при отпуске до 200 °С (рис. 6.71), обусловлено появлением слабомагнитных карбидов при распаде мартенсита. Это следует из необратимости температурной зависимости намагниченности насыщения (кривые 1 и 2). В интервале температур от 200 °С до 300 °C намагниченность образца резко возрастает вследствие распада остаточного аустенита.
...
ниченность и появляются карбиды, обладающие значительно меньшей намагниченностью, чем мартенсит. Поэтому применение низкоотпущенных образцов в качестве эталонов для определения количества остаточного аустенита неизбежно приводит к погрешности.
...
Оценка количества остаточного аустенита в закаленных высоколегированных сталях связана с еще большими затруднениями. В общем случае такие стали после закалки состоят из легированного ферромагнитного мартенсита, парамагнитного остаточного аустенита и парамагнитных карбидов, поэтому намагниченность образца определяется соотношением (6.97). Для более или менее точного определения количества остаточного аустенита необходимо определить количество карбидов методом, не связанным с магнитным анализом, и иметь мартенситный эталон, по химическому составу аналогичный мартенситу исследуемой стали. Определение количества карбидов может быть выполнено методом химического карбидного фазового анализа, но изготовление многокомпонентного мартен-ситного эталона в большинстве случаев практически невозможно.
...
Структура закаленной стали в зависимости от ее химического состава и температуры нагрева под закалку может состоять: из мартенсита (редкий случай); из мартенсита и остаточного аустенита; из мартенсита, остаточного аустенита и нерастворенных карбидов. Последние обычно стабильны при температурах ниже критических точек и не участвуют в процессах отпуска. Основные изменения намагниченности при отпуске обусловлены распадом мартенсита и остаточного аустенита. Изменение химического состава карбидов, выделившихся при отпуске, влияет на намагниченность стали в меньшей степени. Заметим, что специальные карбиды парамагнитны и не могут непосредственно влиять на намагниченность стали. Изменения последней обусловлены изменениями химического состава и количества а-раствора, вызванными карбидными превращениями.
...
Наиболее значительные изменения фазового состава и намагниченности при отпуске происходят в высокоуглеродистых сталях. Небольшое снижение намагниченности стали У10, закаленной из у-области, происходящее
...
при отпуске до 200 °С (рис. 6.71), обусловлено появлением слабомагнитных карбидов при распаде мартенсита. Это следует из необратимости температурной зависимости намагниченности насыщения (кривые 1 и 2). В интервале температур от 200 °С до 300 °C намагниченность образца резко возрастает вследствие распада остаточного аустенита.
...
6.8.4. Исследование процессов отпуска закаленной стали методами фазового магнитного анализа
...
Выше уже упоминалось, что снижение намагниченности при низком отпуске вызвано образованием карбидов, намагниченность которых значительно меньше, чем исходного мартенсита. Уменьшение содержа
...
Рис. 6.71. Температурная зависимость намагниченности насыщения при нагреве и охлаждении образца стали У10, закаленного из у-области, и эталона из железа: 1 - нагрев закаленного образца; 2 - охлаждение после нагрева до 200 °С; 3 - охлаждение после высокого отпуска; 4 - нагрев и охлаждение ферритного эталона
...
В отожженных и высокоотпущенных нелегированных сталях существуют только цементитные карбиды. При низком отпуске во всех сталях возникают промежуточные £
...
Рис. 6.71. Температурная зависимость намагниченности насыщения при нагреве и охлаждении образца стали У10, закаленного из у-области, и эталона из железа: 1 - нагрев закаленного образца; 2 - охлаждение после нагрева до 200 °С; 3 - охлаждение после высокого отпуска; 4 - нагрев и охлаждение ферритного эталона
...
Методика исследований кинетики изотермических превращений аустенита при использовании магнитометра Д.С. Штейнберга - В.И. Зюзина (см. раздел 6.8.1) заключается в нижеследующем. Цилиндрический образец диаметром 2...3
...
Для сталей с малой устойчивостью переохлажденного аустенита время, необходимое для переохлаждения его до заданной температуры, может оказаться больше инкубационного периода. В таком случае уже при первом измерении показание магнитометра отличается от нуля и момент начала превращения определить не удается. Приближенно оценить инкубационный период можно, экстраполируя на нуль зависимость показаний магнитометра от времени выдержки образца при заданной температуре.
...
Исследование кинетики диффузионного превращения аустенита может быть проведено количественно с использованием в качестве эталона исследуемого образца, претерпевшего полное разложение аустенита. При температуре диффузионного превращения любые карбиды парамагнитны, поэтому намагниченность насыщения образца Ms , подвергшегося частичному превращению, определяется количеством ферритной фазы Рф
...
Здесь а - показания магнитометра, соответствующие содержанию (в процентах) ферритной фазы Рф
...
суммарное содержание избыточного (структурно-свободного) феррита и феррита, входящего в состав эвтектоида. Если принять количество фер-
...
6.8.5. Исследование кинетики превращений переохлажденного аустенита
...
Формула (6.104) справедлива для эвтектоидной стали при любой температуре диффузионного превращения. Применительно к доэвтектоидным сталям эта формула также дает точные результаты для интервала температур, в котором не выделяется избыточный феррит, а сразу образуется квази-эвтектоид. В верхней части температурной области диффузионного превращения в доэвтектоидных сталях, где образуется феррит, применение формулы (6.104) сопряжено с погрешностью. Количество образовавшегося феррита завышается, так как в уравнении (6.103) < . Величина этой
...
погрешности максимальна в период выделения феррита, а затем постепенно уменьшается и при завершении превращения становится равной нулю.
...
Формула (6.104) справедлива в вышеуказанных случаях при условии, что намагниченность насыщения ферритной фазы не изменяется в ходе превращения, то есть химический состав ее остается неизменным. Нарушение этого условия может иметь место в случае высокой устойчивости переохлажденного аустенита легированных сталей, когда при длительных выдержках возможно перераспределение легирующих элементов между ферритом и карбидами. Влияние этого фактора наиболее существенно в сталях, легированных марганцем и хромом, значительно растворяющихся в цементите, а также в случае образования существенного количества специальных карбидов.
...
Изменение химического состава феррита может быть обнаружено путем определения температуры Кюри а -твердого раствора образцов с различной степенью превращения аустенита. Чтобы зафиксировать состояние частичного распада аустенита, образец закаливают. При этом нераспав-шийся аустенит превращается в мартенсит и в образце оказывается два а-раствора: феррит и мартенсит. Определить температуру Кюри мартенсита невозможно вследствие его распада при нагреве на феррит и карбиды. Следовательно, в образце, претерпевшем частичный распад переохлаж-
...
денного аустенита, нагретом для определения точек Кюри, существует два феррита: феррит, возникший при образовании эвтектоида, то есть непосредственно из аустенита, и феррит, образовавшийся из мартенсита. По мере увеличения продолжительности превращения количество первого будет расти, а второго - уменьшаться. Оценка пригодности уравнения (6.104) должна проводиться по постоянству точки Кюри первого феррита, количество которого возрастает.
...
Не исключено, что в некоторых случаях оба феррита будут иметь одинаковый химический состав, одну и ту же температуру Кюри и, следовательно, окажутся неразличимыми. В таких случаях уравнение (6.104) также применимо.
...
Изменение температуры Кюри одной или обеих а -фаз по мере распада аустенита означает, что в ходе превращения происходило перераспределение легирующих элементов между фазами стали.
...
Погрешность определения намагниченности любой фазы и, следовательно, ее количества возрастает вблизи точки Кюри (рис. 6.73), если не обеспечено строгое постоянство и точное измерение температуры.
...
При температурах диффузионного превращения все карбиды парамагнитны. Поэтому магнитным методом, как правило, нельзя обнаружить начало перлитного превращения, если ему предшествует выделение избыточного феррита. Определе- п , та
...
В заэвтектоидных сталях выделение избыточных карбидов не может быть обнаружено измерениями намагниченности при температуре превращения. Несмотря на это, линия начала их выделения может быть построена магнитным методом. Аустенитизированные образцы выдерживают в течение различного времени при температуре выделения избыточных карбидов, после чего закаливают их. Время выдержки должно быть меньше инкубационного периода образования перлита. Выделение карбидов сопровождается снижением содержания углерода в аустените и, следовательно, повышением намагниченности образующегося из него мартенсита.
...
С другой стороны, возникновение карбидов, обладающих малой намагниченностью по сравнению с мартенситом, вызывает снижение намагниченности стали. Последний эффект преобладает, и на кривой Ms
...
В заэвтектоидных сталях при температурах превращения аустенита ферромагнитен только феррит. Поэтому по формуле (6.104) определяется только количество эвтектоида без учета количества избыточных карбидов. Содержание последних должно быть определено другим способом. Для углеродистых сталей эта задача легко решается фазовым магнитным анализом методом эталона, рассмотренным выше (см. раздел 6.8.2). Точное определение количества избыточных карбидов в легированных сталях методами фазового магнитного анализа сопряжено со значительными трудностями или невозможно.
...
Легированная сталь, претерпевшая частичное диффузионное превращение аустенита, в наиболее сложном случае состоит из феррита, цементита, специальных карбидов и непревратившегося аустенита. Следовательно,
...
где Р объемный процент фазы. Таким образом, при температуре превращения образец содержит три парамагнитных фазы, что чрезвычайно осложняет количественный фазовый магнитный анализ. Приближенные методы магнитного фазового анализа легированных сталей, основанные на ряде допущений, разработаны Б.А. Апаевым.
...
Исследование кинетики промежуточного превращения переохлажденного аустенита. Строгое определение степени изотермического превращения аустенита в бейнит магнитным методом затруднено рядом причин. На промежуточных стадиях распада образец в общем случае состоит из феррита, в той или иной степени пересыщенного углеродом, карбидов и аустенита, обогащенного углеродом. По мере развития превращения объемное содержание фаз и их химический состав изменяются, следовательно, изменяется и их намагниченность. В легированных сталях бейнитное превращение не доходит до конца и остается некоторое количество непревра-щенного аустенита. Часть этого аустенита может превратиться в мартенсит при охлаждении после окончания выдержки при температуре превращения. Все это затрудняет выбор и изготовление эталона. Часто в качестве последнего применяют образец, подвергнутый закалке и отпуску при тем-
...
С другой стороны, возникновение карбидов, обладающих малой намагниченностью по сравнению с мартенситом, вызывает снижение намагниченности стали. Последний эффект преобладает, и на кривой Ms
...
В заэвтектоидных сталях при температурах превращения аустенита ферромагнитен только феррит. Поэтому по формуле (6.104) определяется только количество эвтектоида без учета количества избыточных карбидов. Содержание последних должно быть определено другим способом. Для углеродистых сталей эта задача легко решается фазовым магнитным анализом методом эталона, рассмотренным выше (см. раздел 6.8.2). Точное определение количества избыточных карбидов в легированных сталях методами фазового магнитного анализа сопряжено со значительными трудностями или невозможно.
...
Легированная сталь, претерпевшая частичное диффузионное превращение аустенита, в наиболее сложном случае состоит из феррита, цементита, специальных карбидов и непревратившегося аустенита. Следовательно,
...
где Р объемный процент фазы. Таким образом, при температуре превращения образец содержит три парамагнитных фазы, что чрезвычайно осложняет количественный фазовый магнитный анализ. Приближенные методы магнитного фазового анализа легированных сталей, основанные на ряде допущений, разработаны Б.А. Апаевым.
...
пературе, совпадающей с изотермой в бейнитной области. В таком случае приближенное определение количества образовавшегося бейнита может быть проведено по формуле (6.104).
...
Оценка степени превращения нераспавшегося аустенита в мартенсит при охлаждении после окончания изотермической выдержки производится по результатам двух измерений намагниченности: в конце изотермической выдержки (Msj:) и после охлаждения образца до комнатной температуры и
...
пературе, совпадающей с изотермой в бейнитной области. В таком случае приближенное определение количества образовавшегося бейнита может быть проведено по формуле (6.104).
...
Оценка степени превращения нераспавшегося аустенита в мартенсит при охлаждении после окончания изотермической выдержки производится по результатам двух измерений намагниченности: в конце изотермической выдержки (Msj:) и после охлаждения образца до комнатной температуры и
...
Металловедение и термическая обработка стали: Справочник.-3-е изд. Т.1. Методы испытаний и исследования / Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. - М.: Металлургия, 1983.- Гл. 17. - 352 с.
...

Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки
Иллюстрации к началам курса «Основы материаловедения»
Необычные свойства обычных металлов
Физические методы исследования металлов и сплавов
Ручная дуговая сварка
Технология металлов и сварка
Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебное пособие

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Физические методы исследования металлов и сплавов