Физические методы исследования металлов и сплавов

Л.Г. Журавлев, В.И. Филатов.

Челябинск, 2004 г.

Введение

1. Термический анализ

1.1. Простой термический анализ
1.2. Дифференциальный термический анализ
1.2.1. Дифференциальные термограммы
1.2.2. Аппаратура для дифференциального термического анализа
1.2.3. Факторы, влияющие на характер термограмм
1.2.4. Определение теплоты фазового превращения методом дифференциального термического анализа
1.3. Применение термического анализа

2. Калометрический анализ

2.1. Прямая калориметрия
2.2. Методы обратной калориметрии
2.2.1. Метод Смита
2.2.2. Метод Сайкса
2.2.3. Дифференциальная адиабатическая калориметрия
2.2.4. Импульсная калориметрия
2.3. Применения калориметрии

3. Дилатометрия

3.1. Некоторые закономерности теплового расширения
3.2. Методы исследования теплового расширения металлов и объемных эффектов фазовых превращений в них
3.2.1. Терминология, общие замечания и рекомендации
3.2.2. Разновидности дилатометров
3.2.3. Дилатометрический датчик
3.2.4. Индикаторные дилатометры
3.2.5. Дифференциальный оптико-механический дилатометр Шевенара
3.2.6. Обработка дилатограмм
3.2.7. Совмещение дилатометрии с термическим анализом
3.2.8. Некоторые применения дилатометрии

4. Методы определения плотности

4.1. Определение плотности методом трехкратного взвешивания
4.2. Метод гидростатического взвешивания

5. Измерение удельного электрического сопротивления

5.1. Методы измерения электрического сопротивления
5.1.1. Метод вольтметра-амперметра
5.1.2. Мостовые методы измерения электросопротивления
5.1.3. Компенсационный метод
5.1.4. Измерения электрического сопротивления бесконтактными методами
5.2. Электрическое сопротивление металлических сплавов
5.2.1. Электросопротивление твердых растворов
5.2.2. Электрическое сопротивление интерметаллических соединений и промежуточных фаз
5.2.3. Электрическое сопротивление гетерогенных сплавов
5.3. Применения резистометрии в металлофизических исследованиях

6. Магнитные свойства веществ, праметры, методы измерений и исследований

6.1. Классификация веществ по магнитным свойствам
6.1.1. Основные магнитные параметры
6.1.2. Диамагнетики
6.1.3. Парамагнетики
6.1.4. Ферромагнетики
6.1.5. Антиферромагнетики
6.1.6. Ферримагнетики
6.2. Методы измерения магнитной восприимчивости
6.2.1. Физические основы динамометрического метода
6.2.2. Конструкции магнитных весов
6.2.3. Магнитометрический метод определения магнитной восприимчивости
6.2.4. Диамагнитные и парамагнитные свойства металлов и сплавов
6.3. Статические магнитные параметры магнитных металлов и сплавов
6.3.1. Магнитные параметры основной кривой намагничивания ферромагнетиков
6.3.2. Магнитные параметры петли гистерезиса
6.3.3. Магнитная энергия ферромагнетиков
6.4. Домeнная структура ферромагнетиков
6.4.1. Причины возникновения и особенности доменной структуры
6.4.2. Изменение доменной структуры ферромагнетика при его намагничивании
6.5. Измерение статических магнитных параметров материалов 6.5.1. Виды магнитных цепей
6.5.2. Образцы и намагничивающие устройства
6.5.3. Измерение статических магнитных параметров материалов в замкнутой магнитной цепи
6.5.4. Автоматизированные установки для измерения статических магнитных параметров материалов
6.5.5.Измерение коэрцитивной силы и остаточной индукции
6.6. Измерение магнитострикции
6.6.1. Механооптический метод
6.6.2. Тензометрический метод
6.7. Магнитные свойства ферромагнитных металлов и сплавов
6.7.1. Температурная зависимость статических магнитных параметров
6.7.2. Концентрационная зависимость статических магнитных параметров ферромагнитных сплавов
6.8. Исследование фазовых превращений и структурных изменений магнитными методами
6.8.1. Аппаратура для исследования фазовых превращений и структурных изменений магнитными методами
6.8.2. Фазовый магнитный анализ
6.8.3. Частные случаи фазового магнитного анализа
6.8.4. Исследование процессов отпуска закаленной стали методами фазового магнитного анализа
6.8.5. Исследование кинетики превращений переохлажденного аустенита

Наука о металлах - металловедение - не может обходиться только прямыми наблюдениями структуры с помощью оптических и электронных микроскопов. Важные данные о кинетике фазовых превращений во многих случаях могут быть получены проще и быстрее косвенным путем - в результате измерения той пли иной физической характеристики. Последнее позволяет сделать процессизмерений непрерывным и изучать даже быс-тропротекающие превращения, например мартенснтные.

При разработке сплавов, обладающих определенными физическими свойствами, без измерений их невозможно обойтись. И в этом случае задача решается с помощью физических методов исследований.

Важной областью применения физических методов является контроль качества термической обработки без разрушения деталей и порчи их поверхности. При этом сравнительно легко автоматизировать измерения и осуществить стопроцентный контроль продукции.

В настоящем учебном пособии рассмотрены методыизмерений тепловых, электрических и магнитныххарактеристикметаллов и сплавов, применяемые в металлофнзических исследованиях и в производственной практике.

1. ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Термографией, или термическим анализом называют методы обнаружения и исследования фазовых и структурныхпревращений по их тепловым эффектам. Скорость нагрева или охлаждениявещества изменяется во время прохождения в нем того или иного превращения вследствие поглощения или выделения теплоты, что может быть зарегистрировано.

1.1. Простой термический анализ

Простой термический анализ заключается в записи температуры образца во время равномерного нагрева или охлаждения его.

При исследовании превращений в твердом состоянии обычно применяют образцы с отношением высоты к диаметру от 1 до 2. Масса образца находится в пределах от нескольких граммов до нескольких десятков граммов, иногда до 150...200 г. По оси образца просверливают канал до половины высоты, в который вводят спай термопары, соединенной с записывающим устройством. В результате этого записывается термограмма в координатах «температура образца - время». В пирометре Н.С. Курнакова (раздел 1.2.2) термопара подключается к рамке зеркального гальванометра.

6.7. Магнитныесвойства ферромагнитных металлов и сплавов

Магнитные свойства ферромагнитных материалов при нормальных условиях зависят от их химического состава, способа изготовления и термической обработки. Кроме того, Магнитныесвойства зависят от температуры и напряженного состояния.

Намагниченность насыщения Ms и точкаКюри Гс, или в не зависят от структуры при неизменном химическом и фазовом составе, то есть не зависят от размера зерна, дисперсности, формы и характера распределения фаз в объеме сплава, от плотностидефектов кристаллического строения, а также практически не зависят от напряженного состояния. Следовательно, намагниченность насыщения и точкаКюри являются структурно-нечувствительными свойствами.

Магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, потери на гистерезис более других свойств зависят от структуры и даже от небольшого изменения содержания примесей. Эти характеристики входят в группу структурно-чувствительных свойств. Наиболее существенно на Магнитныесвойства влияют примеси, образующие твердые растворы внедрения или дисперсные фазы.

В зависимости от соотношения магнитныхпараметров все Магнитныематериалы делятся на две группы: магнитно-мягкие, обладающие высокой магнитнойпроницаемостью и малой коэрцитивной силой, то есть имеющие узкую петлю гистерезиса, и магнитно-твердые, отличающиеся большими значениями коэрцитивной силы, сравнительно невысокой магнитнойпроницаемостью и имеющие широкую петлю гистерезиса. Магнитно-мягкие материалы (МММ) применяют в качестве проводников магнитного потока (магнитопроводов). а магнитно-твердые (МТМ) - для постоянных магнитов.