Физические методы исследования металлов и сплавов

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ...

скачать книгу Физические методы исследования металлов и сплавов

Рис. 3.9. К определению среднего коэффициента расширения образца в интервале ^...£₂: 1 - дила-тограмма образца; 2 - линия расширения эталона
...
Оценка дилатометрического эффекта фазового превращения Пусть в сплаве при нагреве происходит фазовое превращение, сопровождающееся уменьшением объема (рис. 3.10). В результате превращения коэффициент линейного расширения образца изменяется от ан до ак.
...
Если допустить, что при отсутствии превращения в точке а произошло бы скачкообразное изменение коэффициента расширения от ан до ак, то при температуре tK «зайчик» пришел бы в точку b. Отрезок аЬ параллелен линии hi расширения образца после завершения реального превращения.
...
Рис. 3.10. Схема определения дилатометрического эффекта превращения, протекающего в интервале *н...*к с уменьшением объема
...
..Лк от ан до ак, получим, что «зайчик» должен перемещаться по кривой ad. Точка d должна лежать на середине отрезка bе. На самом деле при температуре ^ «зайчик» оказывается в точке h. Следовательно, отрезок dh
...
Величину дилатометрического эффекта можно найти иначе, более простым способом. Для этого участок оа дилатограммы, предшествующий превращению, следует продолжить до температуры конца превращения, то есть до точки е. Участок дилатограммы hi, соответствующий нагреву после окончания превращения, продолжить до температуры начала последнего -до точки f. Нетрудно убедиться, что отрезок gc, соединяющий середины отрезков ае и fh,
...
Рассмотренный способ определения дилатометрического эффекта превращения базируется на допущении, что шкала температуры, откладываемая по оси х, равномерна. В действительности это не так, поскольку температурная зависимость коэффициента расширения пироса нелинейна. Но так
...
Рис. 3.10. Схема определения дилатометрического эффекта превращения, протекающего в интервале *_н...*_к с уменьшением объема
...
как температурные интервалы фазовых превращений обычно не слишком велики, неравномерностью температурной шкалы можно пренебречь.
...
Величина дилатометрических эффектов превращений в стали существенно зависит от содержания углерода. Образование аустенита при нагреве сопровождается тем меньшим линейным эффектом, чем выше содержание углерода в стали (рис. 3.11).
...
Рис. 3.11. Фрагменты дилатограмм нагрева железа и углеродистых сталей 20, 40, У8 (а) и зависимость дилатометрического эффекта образования аустенита от содержания углерода в стали (б)
...
Это обусловлено увеличением удельного объема аустенита при повышении содержания углерода в нем и, следовательно, уменьшением разности
...
удельных объемов феррито-карбидной и аустенитной структур, определяющей величину дилатометрического эффекта образования аустенита.
...
Дилатометрические эффекты отпуска закаленных сталей, напротив, возрастают при повышении содержания углерода в мартенсите. При этом происходят значительные изменения дилатограмм, обусловленные различиями процессов отпуска в сталях с разным содержанием углерода (рис. 3.12). На дилатограммах высоко
...
углеродистых сталей ярко выражены эффекты первой стадии отпуска и распада остаточного аустенита, отсутствующие на дилатограммах сталей с низким содержанием углерода.
...
Рис. 3.12. Дилатограммы нагрева стали У12, закаленной от 780 (1) и 1000 °C (2). Содержание углерода в мартенсите около 0,9 и 1,2 % соответственно
...
как температурные интервалы фазовых превращений обычно не слишком велики, неравномерностью температурной шкалы можно пренебречь.
...
Величина дилатометрических эффектов превращений в стали существенно зависит от содержания углерода. Образование аустенита при нагреве сопровождается тем меньшим линейным эффектом, чем выше содержание углерода в стали (рис. 3.11).
...
Рис. 3.11. Фрагменты дилатограмм нагрева железа и углеродистых сталей 20, 40, У8 (а) и зависимость дилатометрического эффекта образования аустенита от содержания углерода в стали (б)
...
Это обусловлено увеличением удельного объема аустенита при повышении содержания углерода в нем и, следовательно, уменьшением разности
...
удельных объемов феррито-карбидной и аустенитной структур, определяющей величину дилатометрического эффекта образования аустенита.
...
Рис. 3.11. Фрагменты дилатограмм нагрева железа и углеродистых сталей 20, 40, У8 (а) и зависимость дилатометрического эффекта образования аустенита от содержания углерода в стали (б)
...
Повышение скорости охлаждения в субкритическом интервале температур после завершения превращения аустенита также вызывает существенное искажение дила-тограммы (см. рис. 3.13,а). Эти искажения обусловлены различием тепловых свойств образца и эталона из пироса (сплав на основе никеля - см. раздел 3.2.3). Наиболее значительно различается теплопроводность железа и никеля - по
...
Рис. 3.13. Дилатограммы заэвтектоидной углеродистой стали: а - медленный нагрев (начальная температура печи 20 °С), охлаждение до 430 °C с печью, далее на воздухе; б - быстрый нагрев (начальная температура печи 650 °C), охлаждение на воздухе
...
ность железа на 20.40 % в зависимости от температуры. Это должно приводить к более быстрому изменению средней температуры эталона и, следовательно, его дли
...
Рис. 3.13. Дилатограммы заэвтектоидной углеродистой стали: а - медленный нагрев (начальная температура печи 20 °С), охлаждение до 430 °C с печью, далее на воздухе; б - быстрый нагрев (начальная температура печи 650 °C), охлаждение на воздухе
...
ратурный интервал диффузионного превращения расширяется и смещается в область более низких температур (см. рис. 3.13). При охлаждении с печью эвтектоидное превращение аустенита происходило в интервале 700...665 °С, а при охлаждении на воздухе - в интервале 660...550 °С. Кроме того, с ускорением охлаждения наблюдается значительное увеличение дилатометрического эффекта превращения. Это нельзя объяснить изменением структуры, происходящим при ускоренном охлаждении. Причиной увеличения дилатометрического эффекта является разогрев образца теплотой превращения. Напомним, что температуры характерных точек дилатограммы определяются по эталону, а действительная температура образца может более или менее отличаться от найденной по дилатограмме. При охлаждении с печью эвтектоидное превращение происходило при почти постоянной температуре, а не в области 700.665
...
средний коэффициент расширения образца в интервале превращения, At = 20 °C - разогрев образца тепловым эффектом. При указанных значениях величин получаем Ah = 5,1 мм . На дилатограмме Ah = 6 мм, что можно
...
Разогрев образца тепловым эффектом превращения при охлаждении на воздухе составляет около 65 °С, так как при ускоренном охлаждении теплота превращения не успевает рассеиваться. Расчет высоты пика на ди-латограмме по уравнению (3.34) дает Ah = 16,6 мм, Ah на дилатограмме -около 21 мм.
...
Полученное расхождение может быть обусловлено трудностью точного определения Ah графическим способом по рис. 3.13,б, а также тем, что расчет не учитывает тепловых свойств образца и эталона.
...
Выше было показано, что при записи дифференциальных дилато-грамм температуры образца и эталона в некоторые моменты времени могут существенно различаться. Очевидно, что это может привести к неправильному истолкованию результатов опытов. Для предотвращения такого рода ошибок следует одновременно с записью дилатограммы регистрировать температуру образца. Это можно сделать, приварив тонкую термопару к образцу и присоединив ее к самопишущему прибору, например, к электронному автоматическому потенциометру. Таким образом, одновременно будут записаны дилатограмма и термограмма одного и того же образца. Пример такого совмещения дилатометрии и термического анализа приведен на рис. 3.14.
...
Рис. 3.14. Одновременно записанные термограмма (а) и дила-тограмма (б) заэвтектоидной стали. Скорость нагрева перед началом образования аустенита ~20 °С/с; скорость охлаждения на воздухе от температуры нагрева до начала перлитного превращения ~385 °С/с
...
Температуры характерных точек дилатограммы и термограммы различаются в той или иной степени. Температура начала образования аустенита при нагреве соответственно составляет 715 и 720 °С, температура нагрева - 825 и 832 °С. Различие дилатометрической и термографической температур этих точек почти одинаково - 5..
...
Выше было показано, что при записи дифференциальных дилато-грамм температуры образца и эталона в некоторые моменты времени могут существенно различаться. Очевидно, что это может привести к неправильному истолкованию результатов опытов. Для предотвращения такого рода ошибок следует одновременно с записью дилатограммы регистрировать температуру образца. Это можно сделать, приварив тонкую термопару к образцу и присоединив ее к самопишущему прибору, например, к электронному автоматическому потенциометру. Таким образом, одновременно будут записаны дилатограмма и термограмма одного и того же образца. Пример такого совмещения дилатометрии и термического анализа приведен на рис. 3.14.
...
Рис. 3.14. Одновременно записанные термограмма (а) и дила-тограмма (б) заэвтектоидной стали. Скорость нагрева перед началом образования аустенита ~20 °С/с; скорость охлаждения на воздухе от температуры нагрева до начала перлитного превращения ~385 °С/с
...
Температуры характерных точек дилатограммы и термограммы различаются в той или иной степени. Температура начала образования аустенита при нагреве соответственно составляет 715 и 720 °С, температура нагрева - 825 и 832 °С. Различие дилатометрической и термографической температур этих точек почти одинаково - 5..
...
3.2.7. Совмещение дилатометрии с термическим анализом
...
случаев допустимо. Несоответствие температур конца образования аустени-та составляет уже 20 ° (755 и 735 °С). Расхождение температур начала перлитного превращения при охлаждении равно 22 °С (643 и 665 °С). Приведенный пример показывает, что температура образца в различные моменты времени может быть как выше, так и ниже температуры эталона.
...
Анализ одновременно записанных дилатограмм и термограмм при различных скоростях нагрева и охлаждения показывает, что расхождение дилатометрических и термографических температур тем больше, чем выше скорость изменения температуры. Более или менее достоверная оценка температуры образца по дилатограмме возможна только при медленном нагреве и охлаждении с печью. В остальных случаях температуру образца следует определять с помощью приваренной к нему термопары.
...
Определение энергии активации изотермического процесса Энергия активации изотермического процесса может быть найдена путем анализа серии дилатограмм, записанных при различных температурах. Для записи изменения длины образца при постоянной температуре применяют подвижную кассету, устанавливая ее вместо матового стекла. Кассета с фотопластинкой медленно перемещается в горизонтальном направлении с помощью электрического двигателя с редуктором. В результате разность изменения длин образца и кварцевой трубки записывается в зависимости от времени при постоянной температуре.
...
Скорость превращения, протекающего диффузионным путем, экспоненциально зависит от температуры. Так как скорость изменения объема и длины определяется скоростью превращения, то
...
Здесь А - константа, Q - энергия активации процесса, R - газовая постоянная (в системе СИ R = 8,31-10 Дж/моль-К). Логарифмируя выражение (3.35), получаем
...
Рис. 3.15. Дилатограммы изотермического процесса при температурах T1<T2<T3<T4 (а) и результаты их обработки (б)
...
(рис. 3.15,б). Прямая, проходящая через полученные точки, отсекает на ординате отрезок, равный lnA, и образует с осью абсцисс угол а, для которого tga = Q/R
...
tga находят по отношению величин, отсекаемых прямой на осях координат с учетом масштабов. Если экспериментальные точки не укладываются на прямую, то процесс не подчиняется уравнению (3.35) и энергия активации не может быть найдена рассмотренным методом.
...
Величина дилатометрического эффекта превращения равна одной трети объемного эффекта. Дилатометрической аномалией называют отклонение от этого соотношения. Дилатометрическая аномалия обусловлена изменением формы превращенного объема, то есть его макроскопической деформацией и указывает на сдвиговый механизм превращения.
...
Например, при нагреве деформированного сплава 05Н23 образуются дисперсные равноосные зерна у-фазы. Появляющаяся при этом дилатометрическая аномалия свидетельствует о сдвиговом механизме а ^ у превращения.
...
Пусть V - исходный объем образца, находящегося в аустенитном состоянии, перед началом мартенситного превращения; V - объем образца после образования некоторого количества мартенсита, объемная доля ко-
...
Рис. 3.15. Дилатограммы изотермического процесса при температурах T1<T2<T3<T4 (а) и результаты их обработки (б)
...
(рис. 3.15,б). Прямая, проходящая через полученные точки, отсекает на ординате отрезок, равный lnA, и образует с осью абсцисс угол а, для которого tga = Q/R
...
Рис. 3.15. Дилатограммы изотермического процесса при температурах T₁<T₂<T₃<T₄ (а) и результаты их обработки (б)
...
В этом уравнении / - длина образца, A/ - ее изменение в результате превращения. Величина A/ находится из дилатометрических измерений.
...
Электрические свойства веществ характеризуются величиной удельного электрического сопротивления или удельной электропроводности. Удельное сопротивление р определяется из соотношения
...
где R - сопротивление проводника, l - его длина, S - площадь поперечного сечения. Сопротивление R - структурно-чувствительный коэффициент пропорциональности между напряжением и током в законе Ома. Удельное электрическое сопротивление от размеров образца не зависит, а определяется его химическим составом и структурой всех уровней - от атомно-кристаллической до макроструктуры. Удельная электропроводность а -величина, обратная удельному электрическому сопротивлению (а
...
В зависимости от величины удельной электропроводности твердые тела делят на три группы: диэлектрики, полупроводники и металлы (рис. 5.1).
...
Рис.5.2. Схема температурной зависимости удельного электрического сопротивления (а) и зависимость температурного коэффициента сопротивления никеля от температуры (б)
...
5. ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
...
При температуре на несколько градусов выше 0 К сопротивление металлов определяется примесями и дефектами решетки, практически не зависит от температуры и называется остаточным сопротивлением р0
...
системы атомных магнитных моментов вызывают дополнительное рассеяние электронов, что вносит вклад рт в величину удельного сопротивления
...
Считается, что возрастание сопротивления при пластической деформации обусловлено увеличением р0 вследствие искажений кристаллической решетки. Из вышесказанного следует, что доля р0 увеличивается с
...
понижением температуры. Поэтому изучать влияние пластической деформации на удельное электрическое сопротивление следует при возможно более низких температурах.
...
Так как остаточное сопротивление обусловлено примесями и дефектами кристаллического строения, то любое воздействие, повышающее плотность последних, увеличивает р0. К таким воздействиям, кроме пластической деформации, относятся: фазовый наклеп; закалка от высоких температур (в том числе чистых металлов без полиморфных превращений), повышающая концентрацию вакансий; облучение частицами высоких энергий. Например, остаточное сопротивление платины удваивается в результате быстрого охлаждения от 1500 °С (температура плавления Pt равна 1773 °C).
...
Отжиг чистых металлов и некоторых сплавов, подвергнутых названным выше воздействиям, снижает электрическое сопротивление и может привести к полному его восстановлению даже при нагреве ниже температуры рекристаллизации.
...
В одном из двух вариантов метода образец сопротивлением RX включается последовательно с амперметром, а вольтметр измеряет падение напряжения на них (рис. 5.3,а). Если Iа и ив
...
При анализе обеих разновидностей метода не учитывалось сопротивление соединительных проводов и переходные сопротивления контактов, которые должны быть возможно меньше.
...
Для непрерывной записи сопротивления образца в зависимости от времени или температуры, вольтметр и амперметр заменяют гальванометрами магнитоэлектрического или шлейфового осциллографа.
...
Магнитоэлектрический осциллограф - это прибор для фотозаписи быстро изменяющихся токов или напряжений с помощью малогабаритных зеркальных гальванометров, отличающихся малой инерционностью и, следовательно, высоким быстродействием. Осциллографы этого типа содержат 6.12
...
Высокое быстродействие гальванометров обусловлено тем, что они имеют очень малые размеры (диаметр корпуса 5.6
...
Зеркальные гальванометры осциллографа градуируют по напряжению, сравнивая отклонение луча на матовом стекле, фотобумаге или пленке с показаниями образцового вольтметра (рис. 5.4,а).
...
Для записи быстро изменяющегося электросопротивления собирают схему по рис. 5.4,б. Показания UX гальванометра Г1 пропорциональны
...
через гальванометры Г1 и Г2, пренебрежимо малы (единицы миллиампер) по сравнению с током, проходящим через RX и RIi, то
...
Заметим, что непосредственно отсчи-тываются по осциллограмме не напряжения, а показания а1 и а2 гальванометров Г1 и
...
Коэффициенты пропорциональности к1, к2 и постоянная определяются
...
Рис. 5.4. Схемы градуировки гальванометра Г по напряжению (а) и непрерывной записи электрического сопротивления методом вольтметра - амперметра (б):
...
Аналогичным образом, сравнивая падение напряжения на резисторах R1 и R2, найдем,
...
Применение простого моста для измерения сопротивлений менее 0,1...0,01 Ом приводит к увеличению погрешностей, так как на участке 1-2 схемы (рис. 5.5) кроме RX действует сопротивление проводов и переходное сопротивление контактов, сумма которых может оказаться соизмеримой с RX . Переход к схеме двойного моста позволяет значительно снизить
...
Двойной мост. Электрическая схема двойного моста (рис. 5.7) получается путем добавления к схеме простого моста (рис. 5.5) цепочки измерительных резисторов R
...
результат измерений. Сопротивление перемычки R должно быть возможно меньшим. Сопротивления каждой пары переменных резисторов R
...
Рис. 5.7. Упрощенная схема двойного электрического моста
...
меньшие сопротивления, чем одинарный. При чувствительности нуль-гальванометра 10 А на деление шкалы с помощью двойного моста можно измерять сопротивления до 10-5 Ом.
...
Высокая чувствительность двойного моста обусловлена особенностями его конструкции. Так как RX и R0 во много раз меньше, чем R1, R1' и
...
В реальных конструкциях мостов R2 = R2' выбираются для некоторых пределов изменения RX постоянными, а балансировка моста производится
...
Рис. 5.8. Схема, иллюстрирующая принцип измерения ЭДС компенсационным методом
...
В момент достижения равновесия потенциометра (при отсутствии тока через нуль-гальванометр) ответвления рабочего тока в боковые цепи не происходит. Приведенная на рис. 5.9 схема потенциометра позволяет отсчитывать четыре значащих цифры EX
...
Рис. 5.9. Упрощенная принципиальная схема потенциометра постоянного тока
...
Измерение электрического сопротивления компенсационным методом сводится к компенсационному измерению падений напряжения на образцовом резисторе RN и исследуемом образце RX, по которым протекает один и
...
тот же ток I (рис. 5.10). Поочередно подключая RX и RN к потенциометру вместо EX (см. рис. 5.8 и 5.9), находят на них падение напряжения
...
Рис. 5.10. Схема со единения образца R_X
...
Для компенсации возможной несимметричности схемы при отсутствии образца и разомкнутой цепи катушки W1 нуль-гальванометр подключен к движкам переменных резисторов R1 и R2.
...
5.2. Электрическое сопротивление металлических сплавов
...
В сплавах с непрерывным рядом твердых растворов наблюдается максимум электрического сопротивления при концентрации, близкой к 50 ат.% (рис. 5.12).
...
Максимум электросопротивления растворов ферромагнетиков и парамагнетиков с высокой магнитной восприимчивостью может наблюдаться при иной концентрации. Максимальное электрическое сопротивление может в несколько раз превосходить электросопротивление сплавляемых металлов. Концентрационная зависимость элек
...
Рис. 5.12. Удельное электрическое сопротивление сплавов Cu-Ni (1), температурный коэффициент электросопротивления ар (2) и функция С(1-С) (3), где С -
...
сплавов приближенно описывается соотношением С(1-С), где С -атомная доля одного из компонентов (см. рис. 5.12). Масштаб по ор
...
динате при построении кривой С(1-С) выбран с таким расчетом, чтобы экстремумы концентрационных зависимостей р и С(1-С) находились на одном уровне.
...
где росн - электрическое сопротивление основного компонента, убывающее при снижении температуры; рдоб - добавочное электросопротивление,
...
Произведение срдоб называют остаточным электрическим сопротивлением. Добавочное электросопротивление от температуры не зависит, поэтому для твердого раствора
...
Рис. 5.12. Удельное электрическое сопротивление сплавов Cu-Ni (1), температурный коэффициент электросопротивления а_р (2) и функция С(1-С) (3), где С -
...
На многих сплавах наблюдается отклонение от соотношения (5.32), заключающееся в зависимости добавочного сопротивления от температуры. В таком случае выражение (5.32) приобретает вид
...
Известен ряд других закономерностей, определяющих сопротивление твердых растворов. Например, добавочное сопротивление возрастает пропорционально квадрату разности валентностей компонентов; сопротивление раствора уменьшается при всестороннем сжатии и увеличивается в результате пластической деформации. Повышение сопротивления при пластической деформации гораздо больше, чем при деформировании чистых металлов. Так, например, повышение электросопротивления а -латуни с 28 % цинка в результате пластического деформирования достигает 20 %. Считается, что это обусловлено не только искажениями решетки, но и изменением сил межатомного взаимодействия.
...
Упорядоченные растворы. Упорядочение твердого раствора сопровождается уменьшением его электрического сопротивления (рис. 5.13). Это
...
обусловлено повышением правильности, симметричности электрического поля кристаллической решетки. Максимальное упорядочение и соответствующее ему наибольшее снижение удельного электрического сопротивления наблюдается в сплавах с определенным стехиометрическим соотношением компонентов. В системе Cu-Au это наблюдается при
...
Рис. 5.13. Влияние упорядочения на удельное электрическое сопротивление сплавов Cu-Au:
...
Очень высокой чувствительностью при исследовании упорядочивающихся сплавов обладает метод, основанный на магниторезистивном эффекте Томсона-Гольдгаммера. Этот эффект заключается в увеличении электросопротивления проводника, помещенного в поперечное магнитное поле высокой напряженности. Например, для сплава Cu3Au в поперечном поле около 106 А/м AR/R (AR - изменение электросопротивления при наложении поля) в упорядоченном состоянии в 50 раз больше, чем в неупорядоченном. Удельное электрическое сопротивление при переходе беспорядок-порядок уменьшается всего в два-три раза.
...
Пластическая деформация весьма существенно - на десятки процентов - повышает электрическое сопротивление упорядоченных сплавов. Это обусловлено разрушением упорядоченной структуры процессами скольжения.
...
Неоднородные растворы. Электрическое сопротивление некоторых однофазных сплавов, содержащих переходные металлы, уменьшается при пластической деформации (сплавы Mn-Cu, Fe-Al, Ni-Cr, Ni-Cu и другие), а последующий отжиг приводит к повышению сопротивления (рис. 5.14).
...
Рис. 5.14. Схема изменения удельного электросопротивления нихрома (80% Ni, 20% Cr) при пластической деформации (а) и последующем отжиге (б)
...
Это связано с существованием в таких сплавах субмикроскопических неоднородностей твердого раствора, разрушаемых пластической деформацией и восстанавливаемых отжигом. Такая субструктурная неоднородность получила название К-состояния.
...
Правило С(1-С) для избыточного сопротивления (сверх сопротивления чистого компонента) применимо только к однородным растворам. Для многих твердых растворов это правило не выполняется и их избыточное электросопротивление Ар подчиняется соотношению
...
Очень высокой чувствительностью при исследовании упорядочивающихся сплавов обладает метод, основанный на магниторезистивном эффекте Томсона-Гольдгаммера. Этот эффект заключается в увеличении электросопротивления проводника, помещенного в поперечное магнитное поле высокой напряженности. Например, для сплава Cu3Au в поперечном поле около 106 А/м AR/R (AR - изменение электросопротивления при наложении поля) в упорядоченном состоянии в 50 раз больше, чем в неупорядоченном. Удельное электрическое сопротивление при переходе беспорядок-порядок уменьшается всего в два-три раза.
...
Пластическая деформация весьма существенно - на десятки процентов - повышает электрическое сопротивление упорядоченных сплавов. Это обусловлено разрушением упорядоченной структуры процессами скольжения.
...
Неоднородные растворы. Электрическое сопротивление некоторых однофазных сплавов, содержащих переходные металлы, уменьшается при пластической деформации (сплавы Mn-Cu, Fe-Al, Ni-Cr, Ni-Cu и другие), а последующий отжиг приводит к повышению сопротивления (рис. 5.14).
...
Рис. 5.14. Схема изменения удельного электросопротивления нихрома (80% Ni, 20% Cr) при пластической деформации (а) и последующем отжиге (б)
...
Это связано с существованием в таких сплавах субмикроскопических неоднородностей твердого раствора, разрушаемых пластической деформацией и восстанавливаемых отжигом. Такая субструктурная неоднородность получила название К-состояния.
...
Рис. 5.14. Схема изменения удельного электросопротивления нихрома (80% Ni, 20% Cr) при пластической деформации (а) и последующем отжиге (б)
...
Рис. 5.15. Влияние пластической деформации на удельное электрическое сопротивление предварительно отожженных сплавов Ni-Fe
...
что с увеличением содержания молибдена в сплаве Ni3Fe происходит постепенный переход от упорядочения к формированию кластеров при отжиге. В сплаве с одним процентом молибдена происходит взаимная компенсация процессов, противоположно влияющих на электрическое сопротивление.
...
Сопротивление пластически деформированных сплавов без молибдена и с пятью процентами молибдена при нагреве изменяется противоположным образом (рис. 5.16). В первом случае (рис. 5.16,а) сопротивление снижается при нагреве до 400 °С, так как происходит восстановление упорядоченного состояния, разрушенного деформацией. При более высоких температурах упорядоченное состояние термически разрушается и электросопротивление снова возрастает.
...
В сплаве с молибденом (рис.5.16,б) нагрев до 400...450 °С восстанавливает неоднородное распределение атомов в твердом растворе, что приводит к повышению сопротивления. При нагреве выше указанной температуры происходит термическое разрушение кластеров и электрическое сопротивление снижается.
...
При образовании интерметаллических соединений происходит изменение характера межатомного взаимодействия - появляется ковалентная составляющая связи, в результате чего доля металлической связи уменьшается и электрическое сопротивление существенно возрастает. Встречаются отклонения от этого правила. Например, удельное электросопротивление фазы Al3Ti вдвое меньше (а не больше) сопротивления титана. Для интеметаллидов с узкой областью гомогенности, обладающих высокими значениями р , характерно резкое уменьшение электрического сопротив-
...
что с увеличением содержания молибдена в сплаве Ni3Fe происходит постепенный переход от упорядочения к формированию кластеров при отжиге. В сплаве с одним процентом молибдена происходит взаимная компенсация процессов, противоположно влияющих на электрическое сопротивление.
...
Сопротивление пластически деформированных сплавов без молибдена и с пятью процентами молибдена при нагреве изменяется противоположным образом (рис. 5.16). В первом случае (рис. 5.16,а) сопротивление снижается при нагреве до 400 °С, так как происходит восстановление упорядоченного состояния, разрушенного деформацией. При более высоких температурах упорядоченное состояние термически разрушается и электросопротивление снова возрастает.
...
В сплаве с молибденом (рис.5.16,б) нагрев до 400...450 °С восстанавливает неоднородное распределение атомов в твердом растворе, что приводит к повышению сопротивления. При нагреве выше указанной температуры происходит термическое разрушение кластеров и электрическое сопротивление снижается.
...
Рис. 5.16. Схема изменения электрического сопротивления при отжиге деформированных сплавов на основе Ni
...
При образовании интерметаллических соединений возможно изменение типа электрической проводимости. Например, соединение Al3Mn является электронным полупроводником. Полупроводниковую проводимость имеют многие фазы, образованные при взаимодействии металлов с неметаллами. В то же время нитриды, бориды и карбиды, как правило, сохраняют металлическую проводимость.
...
Удельное электрическое сопротивление - структурно-чувствительная характеристика. Поэтому электросопротивление гетерогенных сплавов зависит не только от их химического состава, объемной доли второй фазы (или фаз) и удельных сопротивлений фаз, но и от структуры. При прочих равных условиях электрическое сопротивление зависит от величины, формы и характера распределения фаз в основном твердом растворе, от размера зерна, от плотности дефектов кристаллического строения. Электросопротивление зависит от текстуры только в сплавах, текстурованная фаза или фазы которых не относятся к кубической сингонии.
...
В некоторых случаях электросопротивление гетерогенного сплава может быть приближенно рассчитано. Так, если отожженный сплав, не имеющий текстуры, состоит из крупных, приблизительно равноосных кристаллов двух фаз, мало различающихся по проводимости (сг1/
...
5.2.3. Электрическое сопротивление гетерогенных сплавов
...
тов, учитывающих особенности микроструктуры. Двухфазные сплавы, содержащие приблизительно равноосные зерна второй фазы, могут иметь матричную или статистическую структуру (рис 5.18).
...
Рис. 5.18. Схемы матричной (а) и статистической (б) микроструктур
...
В качестве примера рассчитаем удельное электрическое сопротивление эвтектоидной стали при продольном и поперечном расположении всех пластинок цементита, считая, что удельное электросопротивление феррита р1
...
и карбидов соответственно составляют 0,88 и 0,12. Тогда электрическое сопротивление стали при продольном расположении пластинок цементита составит 16,81, а при поперечном - 26,04 мкОм-см.
...
Вследствие высокой структурной чувствительности удельного электросопротивления вышеприведенные формулы (5.37)-(5.41) следует рассматривать лишь как некоторое приближение к реальности. Расчет электрического сопротивления эвтектоидной стали со структурой зернистого перлита по уравнению (5.38,б) дает значение р = 12,38 мкОм-см, что хорошо со
...
С другой стороны, среднее значение результатов расчета электросопротивления по уравнениям (5.40) и (5.41), равное 18,92 мкОм-см, которое, казалось бы, должно приблизительно соответствовать структуре пластинчатого перлита, не имеющего
...
Рис. 5.19. Удельное электрическое сопротивление стали с пластинчатой (1) и зернистой (2) формой карбидов. Расчетные значения:
...
Рис. 5.19. Удельное электрическое сопротивление стали с пластинчатой (1) и зернистой (2) формой карбидов. Расчетные значения:
...
Контроль чистоты металла. Остаточное сопротивление отожженного металла определяется, в основном, содержанием примесей. Поэтому, изме
...
ктрическое сопротивление при ой температуре и вблизи 0 К, оценить степень чистоты мате-о отношению полного и оста-электрических сопротивле-змерения принято проводить ) и 4,2 К. Критерием чистоты в этом случае служит отно-^зоо/^4
...
тивления может так или иначе усложнять эту связь. В примере, приведенном на рис. 5.22, эвтектическим концентрациям соответствуют небольшие пики сопротивления, что обусловлено высокой дисперсностью эвтектических композиций.
...
Вышеуказанная связь позволяет использовать метод резистометрии для построения диаграмм состояний. В качестве примера рассмотрим построение линии ограниченной растворимости.
...
Пусть в системе А-В на основе компонента А образуется ограниченный твердый а-раствор. Если пересыщенный а-раствор устойчив при комнатной температуре, удобно применить метод закалок, позволяющий измерять электрическое сопротивление закаленных образцов в обычных условиях.
...
Выплавляют несколько сплавов с возрастающим от сплава к сплаву содержанием компонента В. Образцы каждого сплава закаливают от различных температур и измеряют электросопротивление при комнатной температуре. Полученные результаты представляют в форме зависимости электрического сопротивления от концентрации для каждой температуры закалки (рис. 5.23,а).
...
Если пересыщенный а-раствор неустойчив и распадается при комнатной температуре, то измерения электросопротивления необходимо проводить при повышенных температурах, например tu1, tu2,
...
Изучение распада пересыщенных твердых растворов. Распад пересыщенного твердого раствора вызывает, как правило, снижение электрического сопротивления, что обусловлено снижением концентрации раствора. Снижение сопротивления наблюдается при отпуске закаленных сталей,
...
Однако при старении некоторых сплавов наблюдается повышение электрического сопротивления, которое может вызываться различными причинами. При естественном старении закаленных спла
...
Рис. 5.24. Зависимость удельного электрического сопротивления сплава АМг8 от длительности старения при 150 °C
...
Наиболее значительные изменения электрического сопротивления сталей происходят при образовании мартенсита и его распаде при отпуске. Электрическое сопротивление мартенсита выше, чем любой другой структуры стали. Существенные изменения электросопротивления наблюдаются и при распаде переохлажденного аустенита с образованием различных структур.
...
Известны эмпирические уравнения, позволяющие рассчитывать удельное электрическое сопротивление стали в зависимости от ее химического состава при структуре определенного типа. Вследствие структурной чувствительности электрического сопротивления эти соотношения являются приближенными в той или иной степени. Некоторые расчетные формулы содержат принципиальные ошибки. Так, например, удельное электросопротивление отожженной стали, содержащей до 0,9 % углерода, при 20 °С предложено рассчитывать по формуле
...
Слабомагнитные явления - диамагнетизм и парамагнетизм - развиваются только во внешнем магнитном поле (магнитно-неупорядоченные вещества).
...
Сильномагнитные явления, или кооперативный магнетизм - ферромагнетизм, антиферромагнетизм, ферримагнетизм - обусловлены, главным образом, внутренним взаимодействием электронов в веществе (магнитно-упорядоченные вещества).
...
Напряженность магнитного поля не является магнитным параметром вещества, но играет важную роль в магнитных явлениях. Ток I, протекающий по кольцу радиусом r, создает в центре его магнитное поле напряженностью
...
6. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ, ПАРАМЕТРЫ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ
...
Здесь x ~ магнитная восприимчивость вещества. В системе СИ х -безразмерная величина. Классификация веществ по магнитным свойствам основывается на знаке, величине х и ее зависимости от напряженности магнитного поля и температуры.
...
Вектор намагниченности диамагнетика всегда противоположен вектору H, поэтому диамагнетики выталкиваются из неоднородного магнитного поля.
...
Диамагнетизмом обладают все вещества, не имеющие собственных (в отсутствии поля) атомных магнитных моментов. В магнитном поле происходит прецессия электронных орбит, обуславливающая появление дополнительного орбитального магнитного момента, ориентированного против вектора поля, что и вызывает появление диамагнитной восприимчивости. Из этого следует, что диамагнетизм присущ абсолютно всем веществам. Если тело не является диамагнетиком, то это означает, что его диамагнетизм маскируется более сильным магнитным явлением.
...
Классические диамагнетики - благородные газы, некоторые металлы (Cu, Zn, Ag, Au, Hg и другие), многие органические соединения. Магнитная восприимчивость их имеет нормальное малое абсолютное значение (10-5...10-6) и практически не зависит от температуры.
...
другие. Атомная магнитная восприимчивость их в 10...100 раз больше, чем у классических диамагнетиков. Восприимчивость некоторых веществ - периодическая функция напряженности поля. Для всех аномальных диамаг-нетиков характерна сильная зависимость от температуры.
...
Тело парамагнитно, если его атомы (ионы) имеют собственные магнитные моменты. В отсутствие поля тепловое движение приводит к хаотической ориентации элементарных магнитных моментов, вследствие чего тело немагнитно. Внешнее магнитное поле преодолевает влияние теплового движения и атомные магнитные моменты ориентируются в одном направлении. Из сказанного очевидно, что восприимчивость парамагнетиков зависит от температуры (парамагнетизм решетки). Парамагнетики имеют малую положительную восприимчивость, слабо намагничиваются, втягиваются в неоднородное магнитное поле.
...
Нормальные парамагнетики - это вещества, парамагнетизм которых обусловлен результирующими магнитными моментами атомов. Это газы (О2, NO), соли железа, кобальта, никеля, металлические Fe, Co, Ni при температурах выше точек Кюри. Магнитная восприимчивость газов и некоторых соединений подчиняется закону Кюри:
...
где C - постоянная Кюри , T - абсолютная температура. Большая часть нормальных парамагнетиков подчиняется закону Кюри-Вейса:
...
Здесь А - постоянная Вейса. Для парамагнетиков, становящихся при понижении температуры ферромагнетиками, А положительна. Если вещество при низких температурах переходит в антиферромагнитное состояние (см. ниже), А , как правило, отрицательна. Для никеля в парамагнитном состоянии и ряда сплавов магнитная восприимчивость определяется соотношением
...
металлов (FeCl2, CoCl2) другие. При циклическом изменении величины и направления магнитного поля наблюдается явление гистерезиса, типичное для ферромагнетиков.
...
Суперпарамагнетики - это сплавы, состоящие из немагнитной парамагнитной или диамагнитной матрицы, в которой распределены мельчайшие - менее 10 нм - частицы или кластеры, обладающие ферромагнитными или ферримагнитными (см. ниже) свойствами, слабо взаимодействующие между собой. Суперпарамагнетики качественно сходны с нормальными парамагнетиками, подчиняются закону Кюри, но их восприимчивость и намагниченность могут быть во много раз больше.
...
Суперпарамагнитное состояние возникает, в частности, при распаде некоторых пересыщенных твердых растворов, протекающем с выделением частиц ферромагнитных металлов: кобальта в сплаве Cu+2 % Co, железа в в -латуни, содержащей около 0,1 % Fe и в других сплавах. В аустенитных
...
метастабильных сталях состояние суперпарамагнетизма может возникнуть при образовании небольшого количества высокодисперсного мартенсита деформации.
...
Ферромагнетики отличаются большими положительными значениями магнитной восприимчивости (до 106), нелинейной и неоднозначной зависимостью восприимчивости и намагниченности от напряженности магнитного поля (явление магнитного гистерезиса). К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и гадолиний (последний ниже 18 °С), сплавы и соединения этих металлов, сплавы и соединения хрома и марганца с другими неферромагнитными элементами, а также некоторые редкоземельные металлы при температурах ниже 0 °С. Ферромагнетики очень существенно намагничиваются даже в слабых полях и сильно втягиваются в неоднородное магнитное поле. Магнитные свойства ферромагнетиков связаны с существованием доменной структуры (см. раздел 6.4.1). Ферромагнитные тела состоят из областей, самопроизвольно намагниченных до насыщения, называемых доменами. Векторы намагниченности доменов ориентированы так, что в окружающем пространстве их намагниченность не обнаруживается в отсутствие внешнего магнитного поля.
...
Ферромагнетизм возникает в металлах с недостроенной внутренней d или f электронной оболочкой, радиус которой должен быть достаточно мал по сравнению с расстоянием между атомами кристаллической решетки. В таких металлах спиновые магнитные моменты электронов на недостроенных оболочках вследствие квантовомеханического взаимодействия устанавливаются параллельно, что вызывает самопроизвольную намагни-
...
металлов (FeCl2, CoCl2) другие. При циклическом изменении величины и направления магнитного поля наблюдается явление гистерезиса, типичное для ферромагнетиков.
...
Суперпарамагнетики - это сплавы, состоящие из немагнитной парамагнитной или диамагнитной матрицы, в которой распределены мельчайшие - менее 10 нм - частицы или кластеры, обладающие ферромагнитными или ферримагнитными (см. ниже) свойствами, слабо взаимодействующие между собой. Суперпарамагнетики качественно сходны с нормальными парамагнетиками, подчиняются закону Кюри, но их восприимчивость и намагниченность могут быть во много раз больше.
...
Суперпарамагнитное состояние возникает, в частности, при распаде некоторых пересыщенных твердых растворов, протекающем с выделением частиц ферромагнитных металлов: кобальта в сплаве Cu+2 % Co, железа в в -латуни, содержащей около 0,1 % Fe и в других сплавах. В аустенитных
...
метастабильных сталях состояние суперпарамагнетизма может возникнуть при образовании небольшого количества высокодисперсного мартенсита деформации.
...
Ферромагнетики отличаются большими положительными значениями магнитной восприимчивости (до 106), нелинейной и неоднозначной зависимостью восприимчивости и намагниченности от напряженности магнитного поля (явление магнитного гистерезиса). К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и гадолиний (последний ниже 18 °С), сплавы и соединения этих металлов, сплавы и соединения хрома и марганца с другими неферромагнитными элементами, а также некоторые редкоземельные металлы при температурах ниже 0 °С. Ферромагнетики очень существенно намагничиваются даже в слабых полях и сильно втягиваются в неоднородное магнитное поле. Магнитные свойства ферромагнетиков связаны с существованием доменной структуры (см. раздел 6.4.1). Ферромагнитные тела состоят из областей, самопроизвольно намагниченных до насыщения, называемых доменами. Векторы намагниченности доменов ориентированы так, что в окружающем пространстве их намагниченность не обнаруживается в отсутствие внешнего магнитного поля.
...
ченность. Следующая схема иллюстрирует ориентацию спиновых магнитных моментов на 3d оболочке важнейших ферромагнетиков:
...
Двузначные числа перед символами элементов - их номера в периодической системе Д.И. Менделеева. В ряду железо-кобальт-никель уменьшается число нескомпенсированных параллельных спиновых магнитных моментов (четыре, три и два на каждый атом соответственно) и ослабевает ферромагнетизм. Результирующие атомные магнитные моменты самопроизвольно устанавливаются параллельно в пределах каждого домена. При нагревании ферромагнетика тепловое движение разрушает самопроизвольную параллельную ориентацию атомных магнитных моментов и выше некоторой температуры, называемой температурой, или точкой Кюри (в),
...
В некоторых веществах взаимодействие соседних атомов приводит к антипараллельной ориентации их магнитных моментов. Такие вещества называются антиферромагнетиками (Mn, Cr, MnO, FeO, a-Fe2O3, CrCl2 и другие). Строение антиферромагнетика можно представить как взаимное
...
проникновение двух магнитных подре-шеток с одинаковыми атомными магнитными моментами, ориентированными антипараллельно (рис. 6.1,а). Намагниченность этих подрешеток взаимно компенсируется и результирующий магнитный момент равен нулю.
...
Ферримагнетики, подобно антиферромагнетикам, имеют две взаимно проникающие магнитные подрешетки с антипараллельной ориентацией элементарных магнитных моментов различной величины (рис. 6.2).
...
магнетиков, но температурная зависимость намагниченности может быть существенно различной. Это определяется зависимостью от температуры намагничен-ностей подрешеток (рис.6.3).
...
При равенстве точек Кюри подрешеток реализуются зависимости типа а и б (см. рис.6.3). Если точки Кюри различны, то при некоторой температуре вк
...
(точка компенсации) намагниченности решеток равны и суммарная намагниченность равна нулю, но магнитное упорядочение сохраняется (см. рис.6.3).
...
Рис.6.3. Некоторые варианты температурной зависимости самопроизвольной намагниченности ферримагнетиков: верхний ряд — намагниченности подрешеток, нижний ряд— суммарная намагниченность тела; в
...
Действительная картина может быть гораздо сложнее: число магнитных подрешеток в некоторых случаях больше двух, их векторы намагниченности не антипараллельны, а ориентированы под различными углами.
...
Типичные ферримагнетики MO-Fe2O3, где М - двухвалентный металл (марганец, железо, кобальт, никель, медь и другие). Такие материалы называют ферритами и широко применяют в радиоэлектронике.
...
Магнитную восприимчивость твердых тел определяют путем измерения силы, действующей на образец со стороны неоднородного магнитного поля (метод Фарадея). Если P - магнитный момент образца, то в поле с градиентом dH/dx на образец действует сила в направлении x
...
В простейшем случае для измерения силы, действующей на образец со стороны неоднородного магнитного поля, могут быть применены обычные аналитические весы, не имеющие ферромагнитных деталей. Работать на такой установке не удобно - трудно обеспечить плавное уравновешивание весов с помощью разновесов. Обычно магнитные весы изготавливают индивидуально, исходя из задач исследования и возможностей изготовителя. Поэтому было изготовлено немало различных разновидностей магнитных весов, более или менее значительно различающихся по принципу действия и устройству. Ниже кратко рассмотрены некоторые разновидности их.
...
Рычажные магнитные весы специальной конструкции (рис. 6.4) гораздо удобнее при измерении магнитной восприимчивости, чем обычные аналитические весы, приспособленные для этой цели.
...
Образец 2 и небольшой цилиндрический постоянный магнит 9, подвешены к коромыслу 4, закрепленному на тонких растяжках 6 из бериллиевой бронзы. Образец находится в межполюсном пространстве электромагнита 1, а намагниченный стерженек 9 частично
...
Сила, действующая на образец, уравновешивается с помощью компенсационной катушки, ток в которой регулируется реостатом R2. Миллиамперметр в цепи компенсационной катушки может
...
Рис. 6.4. Схема рычажных весов с электромагнитным уравновешиванием: 1 — сердечник электромагнита; 2 — образец; 3 — регулировочные гайки; 4 — коромысло; 5 — осветитель; 6 — растяжки; 7, 8 — зеркала; 9 — постоянный магнит; 10 — шкала
...
быть проградуирован в единицах силы. При измерении диамагнитной и парамагнитной восприимчивости направление тока в компенсационной катушке должно быть различным. Переключатель, необходимый для этой цели, на рис. 6.4 не показан.
...
Форма полюсных наконечников подбирается таким образом, чтобы обеспечить постоянство H (dH/dx) на длине от 5 до 10 мм. Это необходимо при абсолютных измерениях. В случае относительных измерений можно не предъявлять особых требований к постоянству H (dH/dx), если всякий раз обеспечивается установка образца и эталона в одну и ту же точку межполюсного пространства.
...
В простейшем случае для измерения силы, действующей на образец со стороны неоднородного магнитного поля, могут быть применены обычные аналитические весы, не имеющие ферромагнитных деталей. Работать на такой установке не удобно - трудно обеспечить плавное уравновешивание весов с помощью разновесов. Обычно магнитные весы изготавливают индивидуально, исходя из задач исследования и возможностей изготовителя. Поэтому было изготовлено немало различных разновидностей магнитных весов, более или менее значительно различающихся по принципу действия и устройству. Ниже кратко рассмотрены некоторые разновидности их.
...
Рычажные магнитные весы специальной конструкции (рис. 6.4) гораздо удобнее при измерении магнитной восприимчивости, чем обычные аналитические весы, приспособленные для этой цели.
...

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