Определение среднего размера зерна. Современные методы структурного анализа в материаловедении

[pic 1]

Институт физики высоких технологий

Направление подготовки 22.04.01 Материаловедение и технологии материалов

Кафедра наноматериалов и нанотехнологий

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 1

Определение среднего размера зерна

Современные методы структурного анализа в материаловедении

дисциплина

Выполнил: магистрант гр. 4БМ81                                                    Ма Гуйлинь

Дата: 13.09.2018г

Преподаватель:                                                                 доцент Божко И.А.

Томск – 2018 г.

Цели и задачи работы

Ознакомление с методами определения среднего размера зерна. Определение среднего размера зерна различными методами.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Микроструктуру материалов можно оценить качественно (описательно), полуколичественно или количественно.

Количественный микроструктурный анализ используется в тех случаях, когда необходимо установить размер зерна, определить относительное содержание фаз или структурных составляющих, и в других случаях, требующих установления каких-то точных количественных соотношений. Принципы количественного микроструктурного анализа будут рассмотрены применительно к решению задач: 1) определения размера зерен; 2) определения относительного содержания фаз (структурных составляющих).

Для выявления структуры микрошлифы подвергают травлению. В качестве травителя чаще всего применяют слабые спиртовые или водные растворы кислот или щелочей, а также смеси кислот. Обычно металлы или сплавы – поликристаллические тела, т.е. состоят из большого числа различно ориентированных кристаллитов или зерен.

На границе зерен (даже чистейших металлов) обычно располагаются различные примеси. Кроме того, границы зерен имеют более искаженное кристаллическое строение, чем сами зерна. Вследствие этого границы зерен имеют более низкий электрохимический потенциал и растворяются быстрее, чем тело зерна. На поверхности микрошлифа появляется микрорельеф, который при рассмотрении через оптический микроскоп создает различные сочетания света и тени.

Зерна являются монокристаллами, в поликристалле каждый монокристалл развернут относительно соседей на некоторый угол Θ (десятки градусов), т.е. отделен большеугловыми границами. Наличие границ зерен в поликристалле приводит к дополнительному упрочнению материала по сравнению с монокристаллом. Экспериментально установлено, что с уменьшением среднего размера зерна D сопротивление деформированию, а также прочность материала возрастают (закон Холла-Петча). Такое упрочнение называют зернограничным (σз ). Зернограничное упрочнение – это напряжение, которое необходимо преодолеть в процессе деформации, в результате присутствия большеугловых границ зерен:

σз = kу·D-1/2 ,

где kу – коэффициент упрочнения, D – средний размер зерна.

ГОСТы, регламентирующие методики определения

средней величины зерна

• Метод сравнения с контрольной шкалой (ГОСТ 21073.1-75)
• Метод подсчета зерен (ГОСТ 21073.2-75)
• Метод подсчета пересечений зерен (ГОСТ 21073.3-75)
• Планиметрический метод (ГОСТ 21073.4-75)

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Способ 1

Метод подсчета зерен

1. На изображении структуры шлифа выбираем место с хорошо выявленными границами зерен.
2. Наносим контур контрольной площади подсчета зерен в виде прямоугольника.
3. Величину зерна определяем подсчетом числа зерен (n1 = 77), целиком находящихся внутри контура контрольной площади подсчета, и (n2 = 40), рассекаемых контуром контрольной площади подсчета.

[pic 2]

Рисунок 1 – Контур контрольной площади на структуре шлифа

1. Производим расчеты испытания.

РАСЧЕТЫ

1. Площадь прямоугольника

;  .[pic 3][pic 4]

1. Среднее число зерен m, находящихся на 1 мм2 площади шлифа Sk

                                                  (1)[pic 5]

.                                             [pic 6]

1. Средняя площадь сечения зерна а, мм2

                                                            (2)                                                [pic 7]