К статье МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ
До сих пор ничего не говорилось об экспериментальных методах, используемых для получения информации, о которой шла речь выше. Теперь мы обратимся к роли металлургических инструментальных средств в определении природы кристаллической структуры, положения фазовых границ в диаграммах равновесия, деталей перехода порядок - беспорядок и кинетики фазового превращения в легированных сталях при разных температурах. Для удобства методы исследования могут быть разделены на три категории: 1) средства определения кристаллической структуры, 2) средства наблюдения микроструктуры и 3) средства определения локальных изменений состава.
Рентгенография. В рентгенографии используются два метода. В порошковом методе совокупность мельчайших произвольно ориентированных кристаллических частиц облучается монохроматическим лучом. В методе монокристалла небольшой кристалл вращается, подвергаясь при этом облучению монохроматическим рентгеновским лучом, или же остается неподвижным, но облучается лучом, состоящим из волн разной длины; в любом случае, испытав дифракцию, лучи выходят в предпочтительных направлениях. Метод монокристалла используется для определения кристаллической структуры, а также для идентификации ориентации отдельных металлических кристаллов. Порошковый метод применяется для таких целей, как идентификация неизвестных соединений, определения границ фаз в фазовых диаграммах и изучения преимущественной ориентации кристаллических зерен в листах металла. Он применяется также для определения деформаций зерен поликристаллического металлического объекта, причем в качестве масштаба используются интервалы между плоскостями кристаллической решетки. Одним из более сложных приложений этого метода является измерение соотношения в пространственной ориентации между исходной фазой и фазой, образованной из нее при частичном превращении в процессе термообработки. См. также РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ .
Микроскопия. Чтобы исследовать сплав под оптическим микроскопом, от него отделяют некоторую часть и механически или химически шлифуют ее, пока не получится очень тонкая пластинка, называемая шлифом. Затем этот шлиф травится в кислоте или другом реагенте так, чтобы можно было различить разные фазы. Чтобы изготовить шлиф оптимального вида, требуются большой опыт и мастерство. На рис. 7 приведены изображения микроструктур простой углеродистой стали. На рис. 7,а показан перлит, на рис. 7,б - структура мартенсита, а на рис. 7,в - мелкие фракции цементита в отпущенном мартенсите. Эти микрографические изображения хорошо иллюстрируют, что один и тот же сплав в результате той или иной термообработки может приобрести самые разные микроструктуры.
Главное применение оптического микроскопа состоит в определении областей фаз в диаграммах равновесия. Сплав подвергается закалке с высокой температуры, затем изготавливается шлиф, который и изучается, чтобы идентифицировать фазы в микроструктуре. Эта идентификация может потребовать также использования других приборов, таких, как рентгеновский микроанализатор, описываемый ниже.
За последние несколько десятилетий оптический микроскоп был дополнен двумя приборами, позволяющими различать гораздо более мелкие детали. Разрешающая способность оптического микроскопа ограничена длиной волны видимого света, так что детали, разделенные расстоянием менее 1 мкм, не поддаются разрешению. Просвечивающий электронный микроскоп может улучшить это разрешение в тысячи раз, позволяя различать детали, разделенные расстоянием примерно 0,2 нм. Получаемое изображение либо регистрируется на фотопластинке, либо проецируется на флуоресцентный экран.
Растровый электронный микроскоп представляет собой разновидность электронного микроскопа и используется для исследования поверхности твердого тела. См. также ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП; МИКРОСКОП.
Определение локального состава. Сегодня специалисты в области физического металловедения располагают набором инструментов, которые могут не только производить автоматический анализ того или иного сплава, но также обнаруживать локальные различия в составе микроструктуры.
Во всех таких инструментах для получения химической информации используются физические принципы. К указанным инструментам относятся масс-спектрометры вторичных ионов, рентгеновские фотоэлектронные спектрометры, оже-спектрометры и рентгеновские микроанализаторы.
В упомянутом анализаторе электронный луч фокусируется на точке шлифа размером порядка 1 мкм. При этом можно получить информацию двух видов. Электроны, испытавшие обратное рассеяние, формируют изображение, как в растровом электронном микроскопе, позволяя различать разные фазы. Кроме того, благодаря торможению электронного луча сплавом происходит генерирование рентгеновских лучей с длинами волн, характерными для конкретного металла, присутствующего в сплаве. Эти длины волн измеряются. Электронный луч может сканировать исследуемую поверхность, а рентгеновские лучи, эмиттированные конкретной длиной волны электрона, могут быть поданы на электроннолучевую трубку, так что изображение поточечного изменения концентрации соответствующего металла может быть выведено на экран.