Производство стали

Проанализируем процессы, которые происходят в материале образца на диаграмме растяжения материала (рисунок 1) при увеличении нагрузки: участок оа на диаграмме соответствует упругой деформации материала, когда соблюдается закон Гука. Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел пропорциональности.

Предел пропорциональности (упц) - максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между деформацией и напряжением.

При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения). Каждому напряжению соответствует остаточное удлинение, которое получаем проведением из соответствующей точки диаграммы растяжения линии параллельной оа.

Так как практически невозможно установить точку перехода в неупругое состояние, то устанавливают условный предел упругости, - максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию. Считают напряжение, при котором остаточная деформация очень мала (0,005…0,05%). В обозначении указывается значение остаточной деформации (у0.05).

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел текучести.

Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям. В зависимости от природы материала используют физический или условный предел текучести.

Физический предел текучести уm - это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения). Используется для очень пластичных материалов.

Но основная часть металлов и сплавов не имеет площадки текучести.

Условный предел текучести у0.2 - это напряжение вызывающее остаточную деформацию д = 0.20%.

Физический или условный предел текучести являются важными расчетными характеристиками материала. Действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести. Равномерная по всему объему пластическая деформация продолжается до значения предела прочности. В точке в в наиболее слабом месте начинает образовываться шейка - сильное местное утомление образца.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел прочности.

Предел прочности ув - напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву).

Образование шейки характерно для пластичных материалов, которые имеют диаграмму растяжения с максимумом. Предел прочности характеризует прочность как сопротивления значительной равномерной пластичной деформации. За точкой В, вследствие развития шейки, нагрузка падает и в точке С происходит разрушение.

Истинное сопротивление разрушению - это максимальное напряжение, которое выдерживает материал в момент, предшествующий разрушению образца (рисунок 2).

Истинное сопротивление разрушению значительно больше предела прочности, так как оно определяется относительно конечной площади поперечного сечения образца.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Пластичность.

Пластичность - способность материала к пластической деформации, то есть способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением.

Характеристики:

относительное удлинение:

lо и lк - начальная и конечная длина образца;

Дlост - абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

относительное сужение:

Fо - начальная площадь поперечного сечения;

Fк - площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

2. Практическая часть

2.1 Исследование кратковременных механических свойств 12Г2С в условиях одноосного растяжения

Объектом исследования является сталь 12Г2С после нескольких лет эксплуатации в трубовых проводах.

Установка для изучения кратковременных и длительных механических свойств металлов и сплавов.

Выбор того или иного способа получения диаграммы растяжения зависит от условий эксплуатации металлоизделия или технологии его изготовления. Например, при таких технологических операциях как штамповка, вытяжка, прокатка мы имеем дело с постоянными скоростями деформирования. Но в подавляющем большинстве случаев изделия из металлов и сплавов работают в условиях, когда деформация представляет собой следствие приложенной нагрузки. Поэтому, при выборе конструкционного материала необходимо определение кратковременных механических свойств, в числе которых и предел текучести, из диаграмм растяжения, построенных при постоянной скорости нагружения. К сожалению, в настоящее время практически отсутствуют технические средства, обеспечивающие построение таких диаграмм. Также следует отметить, что знание кратковременных механических характеристик не является достаточным условием для оценки работоспособности металлоизделий в каких-либо конкретных условиях эксплуатации. Для такой оценки необходимо проведение ресурсных испытаний на ползучесть и длительную прочность.

По той причине, что экспериментальные машины и устройства, предназначенные для изучения кратковременных механических характеристик, не обладают длительной устойчивостью, они не пригодны для испытаний на ползучесть. Для этих целей предназначена разработанная в Институте машиностроения КазНТУ им. К.Сатпаева универсальная установка, схема которой показана на (рисунке 2).

При использовании предлагаемого универсального устройства во время испытаний на длительную прочность и ползучесть напряжение остается постоянным и может плавно регулироваться и имеет место температурная стабильность системы, которая обеспечивает точность измерения изменения длины образца.

1 - верхний рычаг, 2 - нижний рычаг, 3 - соединительный элемент, 4 - электродвигатель постоянного тока с редуктором, 5 - тележка, 6 - грузовая платформа, 7 - гибкий элемент, 8 - направляющий элемент, 9 - образец, 10 - верхний пассивный захват, 11 - нижний активный захват, 12 - температурно-стабилизирующий элемент, 13 - датчик деформации, 14 и 15 - опоры для верхнего и нижнего рычагов

Рисунок 2 - Универсальная установка для исследований длительных и кратковременных механических свойств твердых тел

Плавность нагружения и возможность его стабилизации на одном уровне достигается тем, что имеется возможность регулирования оборотов выходного вала электродвигателя постоянного тока в широком диапазоне скоростей нагружения и растягивающих усилий. Взаимно перпендикулярное расположение осей рычагов и образца исключают влияние термической нестабильности окружающей среды на измеряемую в процессе ползучести деформацию. Измерительная база установки соизмерима с длиной образца, что обеспечивает точность измерения удлинения образца.

Кроме того, установка обладает универсальностью. Она позволяет проводить кратковременные, длительные и комбинированные испытания материалов для определения и изучения их механических свойств (например, определить предел текучести и скорость ползучести на одном и том же образце).

Методика исследования характеристик сопротивления деформированию и разрушению металла труб при малоцикловом нагружении. В настоящее время исследование малоцикловых характеристик конструкционных металлов проводится по разработанной методике с использованием специальных средств и аппаратуры. Широкое применение получает серийно выпускаемая автоматическая испытательная установка типа УМЭ-10Т (рисунок 2), обеспечивающая нагружение образца в требуемом режиме (мягкое, жесткое, асимметрия). Испытания проводятся в условиях растяжения -- сжатия при непрерывной регистрации параметров нагружения и деформирования. Установка имеет электромеханический привод с устройством выборки зазоров в винтовой паре, пять порядков скоростей перемещения активного захвата (от 0,005 до 100 мм/мин), возможность реверсирования с помощью системы автоматики двигателя электропривода при достижении как заданного усилия, так и заданной деформации. Машина имеет электронно-механическое силоизмерение (от резистивных датчиков, наклеенных на упругий динамометр), снабжена деформометром, обеспечивающим измерение продольной абсолютной деформации рабочей длины образца ± 2 мм. В необходимых случаях машина укомплектовывается деформометром для измерения поперечных деформаций. Точность регистрации параметров нагружения ±1-2%. Максимальная частота нагружения порядка 5 циклов/мин. Основные общие требования, которым должны удовлетворять современные методы исследования характеристик малоциклового деформирования и разрушения, можно сформулировать следующим образом: Расчеты на прочность деталей, работающих в таких условиях, как и в случае наложения различного рода вибраций (особенно высокой частоты), несовершенны, поэтому несущую способность таких элементов конструкций прогнозируют на основании упрошенных схем без учета характера изменения механических свойств материала в процессе эксплуатации.

2.2 Подготовка образцов для микроструктурного исследования стали 12Г2С

Предпосылкой для всех металлографических исследований является изготовление шлифов, которые могут быть использованы для микроскопического исследования с помощью светового и электронного микроскопов, для определения микротвердости, а также количественного измерения структурных составляющих и электронно-зондового микроанализа. Правильное изготовление шлифов имеет чрезвычайно важное значение, поскольку от этого зависит правильность толкования микроструктур. Нельзя заранее предложить оптимальную методику изготовления шлифа, и ни одну из разработанных методик нельзя считать оптимальной. Основным моментом при изготовлении металлографических шлифов является предотвращение повреждения поверхности шлифа, заключающегося в изменении микроструктуры поверхностного слоя материала в результате деформации или нагрева.

Целью всех стадий изготовления шлифа является последовательное создание поверхности требуемого качества. Таким образом, каждая следующая стадия процесса проводится с целью удаления повреждения поверхности, внесенного предыдущей обработкой. Хорошо приготовленный металлографический шлиф должен удовлетворять ряду требований. Прежде всего, он должен быть типичным для данного образца материала. На поверхности не должно наблюдаться полированных царапин и ям, а также пятен в результате взаимодействия с жидкостями. Необходимо сохранить после обработки все неметаллические включения и другие элементы, отличающиеся повышенной хрупкостью. Шлиф должен быть достаточно плоским для исследований при больших увеличениях.

Изготовление и подготовка металлографических шлифов обычно состоит из 5 основных операций: 1. Вырезка образца (не обязательно). 2. Шлифовка. 3. Полировка. 4. Травление (выявление микроструктуры).

1.На первом этапе мы провели вырезку образца.

Металлографический образец часто отбирается от большого объема материала. Выбор места вырезки образца диктуется целью исследования. Используют несколько методов вырезки: резка абразивными кругами; резка пилами, электролитическая, электроискровая резка. Мы провели резку абразивными кругами. Для резки стали использовали абразивные круги с Al2O3 на (рисунке 3).

Рисунок 3 - Абразивный круг Al2O3 для резки.

2. Шлифовка является наиболее важной операцией в технологии изготовления образцов. Большое значение этой операции состоит в том, что препаратор должен внимательно контролировать степень добавляемого механического повреждения поверхности, которое должно быть удалено последующим лакированием. Абразивные материалы, применяемые при шлифовании, классифицируют по размеру частиц. Шлифование должно начинаться с наиболее мелкозернистого материала, способного за 2-5 мин создать исходную ровную поверхность образца и устранить эффект вырезки. Каждая последующая операция шлифования сопровождается уменьшением зернистости применяемого абразива. Практически обязательным условием является применение «мокрого» шлифования, однако используется и сухое. Для изготовления металлографических шлифов целесообразно применять водоупорные шкурки на бумаге, изготовленные из зеленого корунда. Эти шкурки выпускаются под маркой К3 для зернистости 100-320 и под маркой К3М для микронной зернистости (например, К3-240 и К3М-14). Первичное выравнивание образцов производят на абразивных кругах зернистостью 40-60, избегая нагрева образцов. При шлифовке на этих абразивах образец следует держать в одном положении. При переходе от более грубой бумаги к менее грубой необходимо тщательно мыть в струе воды образец и руки, а также применявшиеся при шлифовке приспособления для того, чтобы исключить возможность переноса частиц крупного образца на мелкозернистую шкурку. При переходе на более мелкозернистую шкурку необходимо изменять направление обработки поверхности на 900 . Это облегчает определение конца шлифовки на данной шкурке. Совершенно недопустим переход от грубых шкурок к самым тонким, т.к. грубые штрихи от предыдущей обработки забиваются порошком мелкого абразива и металлической пылью, что создает ложное впечатление хорошей шлифовки. Для равномерности износа бумаги и исключения односторонней обработки образец при шлифовке следует медленно передвигать между центром и периферией вращающегося диска. Образцы можно шлифовать также на абразивных порошках или пастах. Шлифовку на порошках проводят на дисках при влажном состоянии абразива 12 такими же приемами, как и шлифовку на шкурках. Суспензию приготовляют смешиванием воды и порошка в отношении 20:1. Суспензию шлифовального порошка можно наносить на фетр, сукно или парусину, натянутую на диск станка. При шлифовке прочных образцов применяют пасты , в которые входят окись хрома и окись алюминия. Пасты не пригодны для грубой шлифовки. До перехода на пасту образец должен быть обработан на грубой шкурке или порошке зернистостью 220. Пасту наносят на бумагу или сукно. Для промежуточной промывки используют керосин. Шлифовку и полировку можно производить на новом станке Abrapol-10 (рисунок 4).

Рисунок 4 - Автоматический высокопроизводительный шлифовально-полировальный станок Abrapol-10.

Abrapol-10-высокопроизводительная автоматическая напольная шлифовально-полировальная машина с микропроцессорным управлением для всех материалов. Применяется в лабораториях с большим количеством ежедневно обрабатываемых образцов. Контролируется время выполнения операций, применение суспензий и жидкостей. Имеется система охлаждения диска. Реализован программный контроль уровня снятия материала. Легкая в использовании контрольная ЖК панель позволяет как выбирать стандартные методы подготовки, так и создавать свои. Машина оборудована стандартным блоком охлаждения и тремя помпами.

Таблица 1- Технические характеристики

3. Полировка образца. Полировку металлографических шлифов проводят для устранения имеющихся после неровностей поверхности без деформирования металла. Полировка шлифа может осуществляться механическим, электролитическим или химическим способами. При механической полировке образцы осторожно обрабатывают весьма тонким абразивом, действие которого принципиально не отличается от действия абразивов при шлифовке. Наиболее часто для металлографической полировки используют окись алюминия, окись хрома, окись железа. Перед приготовлением полирующей суспензии полировальные материалы следует подвергать отмачиванию в больших количествах воды (на 1 литр воды 1-2 грамма порошка), отбрасывая фракцию, осевшую в течение первого часа. Механическую полировку производят на специальном полировальном станке, диск которого обтянут фетром, сукном или бархатом, или вручную. Сплавы, в структуре которых имеются легко выкрашивающиеся включения, рекомендуется полировать на тканях, лишенных ворса, например, на фетре. Полировальный диск смачивают полировальной жидкостью, состоящей из воды, в которой во взвешенном состоянии находятся очень мелкодисперсные частицы полировального порошка: окись хрома, окись алюминия, окись железа или другие соединения. Возможно использование суспензий из полировального порошка и органических жидкостей (спирта, керосина, глицерина). При полировке образец первое время лучше держать в таком положении, при котором направление движения диска перпендикулярно направлению рисок от последней шлифовальной операции. При этом легче уловить момент исчезновения рисок. При обработке на дисках удобнее и безопаснее держать образец на той части диска, которая движется от шлифовальщика. Образец не следует сильно прижимать к диску. Полировка продолжается 5-10 мин. В конце полировки образец рекомендуется медленно поворачивать против вращения диска. Полировку заканчивают после того, как микрошлиф приобретает зеркальную поверхность. Правильным критерием высокого качества поверхности микрошлифа является отсутствие на ней дефектов в виде рисок. В ряде случаев, когда механическая полировка не дает удовлетворительных результатов (очень мягкие металлы и сплавы) или ее нельзя применить из-за упрочнения поверхности слоя шлифа, применяют электролитическую или химическую полировку.

4. Оценка качества металлографического шлифа. Готовый шлиф не должен иметь царапин от шлифовки, посторонних загрязнений, поверхность его должна быть плоской. Небольшой «завал» краев шлифа допустим только в том случае, когда исследование краев не предполагается. Наибольшей чистоты шлифа следует добиваться при исследовании неметаллических включений. Совершенно недопустимо наличие на шлифе посторонних загрязнений, которые могут быть приняты за неметаллические включения. Глубина рельефа металлографического шлифа не должна превышать глубины фокуса применяемого объектива. При изучении микроструктуры с увеличением до 100 раз максимальная глубина рельефа не должна превышать 4 мкм. При больших (максимальных) увеличениях возможно допускать глубину рельефа не более 0,5 мкм.

5. Выявление микроструктуры металлов и сплавов. Отполированный образец, прежде всего, нужно изучить под микроскопом в нетравленом состоянии. Изучение нетравленого шлифа позволяет определить наличие дефектов (пор, трещин, и т.п.) и неметаллических включений. Поверхность отполированного образца нужно промыть, обезжирить и высушить. Для обезжиривания применяют спирт этиловый (C2H5OH), спирт метиловый (CH3OH), эфир этиловый (C4H10O), ацетон (C3H6O). Образцы промывают в отдельных случаях теми же жидкостями, что и обезжиривают, но чаще всего водой (водопроводной или дистиллированной). После промывки образец высушивают фильтровальной бумагой или подогретым сухим воздухом. Рассматривать нетравленные образцы нужно при двух увеличениях: при малом (50-100) для того, чтобы составить общее представление об образце, и при большом - для изучения нетравленой поверхности, в частности, строение и цвет неметаллических включений изучают при больших увеличениях. Большинство способов выявления микроструктуры сводится к выявлению границ между фазами, к получению рельефа на поверхности зерен и окрашиванию фаз или структурных составляющих. При этом удается выявить качественное различие фаз, двойниковые образования, блочную 16 структуру и ориентировку зерна относительно плоскости шлифа и взаимную ориентировку зерен.

В настоящее время основными способами выявления микроструктуры являются следующие: 1. Химическое травление растворами. 2. Электрохимическое травление с помощью электротока. 3. «Тепловое травление» действием кислорода воздуха при высоких температурах. 4. При высокой температуре с применением реагентов или в вакууме. 5. Травление в солях при относительно высоких температурах. 6. Катодное травление в вакууме с током высокого напряжения. 7. По различию магнитных и немагнитных фаз при приложении магнитного поля или без него. 8. По изменению объема при вторичных превращениях. Наибольшее распространение получили первые два способа выявления микроструктуры. Под действием химических реагентов в чистых металлах и однофазных сплавах, прежде всего, выявляются границы между отдельными зернами. При более длительном интенсивном действии реагента на отдельные зерна выявляются фигуры травления, которые обычно имеют правильную геометрическую форм, отвечающую кристаллическому строению металла. Принципиальные особенности протекающих при выявлении микроструктуры процессов таковы: 1. Процессы протекают на поверхности металла в течение сравнительно коротких временных отрезков. 2. Их интенсивность связана с различием в природе фаз и агрессивностью воздействующей среды. 3. Процесс воздействия должен быть прерван и не доведен до стадии глубокого разъедания металла. Ионы металла на границах и внутри зерна различаются уровнями свободной энергии. В электрохимической паре (граница зерна - его поверхность) электродный потенциал на границе имеет более отрицательное значение, чем по зерну. Растворение происходит и по поверхности зерна, однако, с меньшей скоростью, чем на границах. Границы зерен травления обозначаются тонкими темными линиями из-за потери отраженного света в углублениях между зернами, но происходит и растворение слоев металла по зернам, границы зерен становятся все более углубленными и широкими, стравливание слоев происходит интенсивно. В металлах и сплавах с гранецентрированной кубической (ГЦК) и гексагональной плотно упакованной (ГПУ) решеткой при вытравливании границ зерен выявляются также и двойниковые образования, которые под микроскопом обнаруживаются по различию цвета. Способ нанесения травящего реактива выбирается в зависимости от его состава и состава сплава. Применяется погружение образца полированной поверхностью кверху или книзу, втирание ватой, смачивание поверхности из капельницы или пипетки. Погружение образца лучше применять при травлении медленно травящихся образцов. Время травления зависит от применяемого увеличения: для малого увеличения следует травить дольше, чем для большого. После травления образцы промывают струей проточной воды и затем сушат (фильтровальной бумагой или струей воздуха). Если образец оказался недотравленым, то необходимо дотравить повторным травлением. Повторное травление должно следовать незамедлительно за первым. Если образец перетравлен, то необходимо сполировать верхний слой металла и снова произвести травление. К числу универсальных травителей относятся спиртовые и водные растворы азотной кислоты. Однако, для каждого металла и сплава опытным путем подбирается состав для получения наилучших результатов(рисунок 5).

Рисунок 5- Реактивы для траления стали ( хромовый ангидрид в азотной кислоте)

Выявление структуры лучше производить в горячем реактиве. В этих случаях рекомендуется также составлять 4--20%-ный раствор хромового ангидрида в азотной кислоте н непосредственно перед употреблением 5--20 капель такого раствора разбавлять в 100 мл воды. Выявление микроструктуры стали (рисунок 6).

Рисунок 6- Микроструктура стали 12ГН. Микрошлифы (500-кратное увеличение).

2.3 Исследование микроструктуры стали 12Г2С методом оптической металлографии и растровой электронной микроскопии (РЭМ)

микроструктурный металлография сталь одноосный

Оптическая металлография.

Важнейшим и наиболее часто применяемым методом структурных исследований является оптическая металлография. Металлографические микроскопы позволяют исследовать такие детали структуры металлических материалов, как зерна, неметаллические включения, относительно крупные частицы второй фазы, поры, трещины. Эти детали определяют уровень важнейших механических свойств материалов. Не боясь ошибиться, можно отметить, что в настоящее время ни одно серьезное металловедческое исследование не выполняется без применения оптической микроскопии. Наиболее типичными для метода оптической микроскопии являются задачи определения размеров зерен в однофазных материалах (например, размер зерна феррита или зерна аустенита в сталях), определения типа и содержания неметаллических включений в металлах и сплавах, определения объемной доли фаз в двух- и многофазных системах, определения карбидной неоднородности в инструментальных сталях и др. Принципиальная схема металлографического микроскопа показана на рисунке 1. Подготовленный специальным образом шлиф помещают перпендикулярно оптической оси микроскопа в плоскости, совпадающей с передней главной фокальной плоскостью объектива. Шлиф освещается проходящим через объектив почти параллельным оптической оси пучком света, который формируется посредством осветительной системы. Световые лучи, отраженные от ровных участков поверхности шлифа, попадают в объектив. Лучи, отраженные от микронеровностей в объектив не попадают. Конечное изображение формируется окуляром. Ровные участки шлифа, перпендикулярные оптической оси микроскопа, на конечном изображении оказываются светлыми, а участки, наклоненные к оси, - темными. Благодаря этому выявляются границы зерна, частицы второй фазы, поры, другие элементы структуры материала.

1. В качестве объектов исследования используются образцы, полученные с помощью различных технологий (сварка, пайка, нанесение покрытий, литье).

2. Для проведения структурных исследований образцов необходимо приготовить металлографические шлифы по стандартной методике с использованием наждачной бумаги, алмазных паст и последующим полированием. Для выявления структуры подготовленных образцов используются специальные травители.

3. Металлографические исследования проводятся с помощью микроскопа Axiovert 40 МАТ(рисунок 7). Описание: инвертированная конструкция лабораторного металлографического микроскопа Axiovert 40 MAT позволяет легко устанавливать и перемещать образец, обработанный с одной стороны, а также работать с объемными образцами. Благодаря низкому центру тяжести микроскоп устойчив, несмотря на свои небольшие размеры. Он создан специально для того, что бы облегчить каждодневную работу, схема микроскопа Axiovert 40 MAT (рисунок 8).

Области применения

Axiovert 40 MAT:

анализ структуры материалов;

входной и выходной контроль качества на производстве;

научно-исследовательские работы;

аэрокосмическая промышленность;

автомобилестроение;

машиностроение;

минералогия.

Функциональные особенности

Высококачественная оптика, скорректированная на бесконечность, с цветовой коррекцией:

окуляры W-PL 10x

объективы 5х/10х/20х/50х/100х.

Позволяет проводить исследования современными методами контрастирования в отраженном свете: светлое поле, дифференциально-интерференционный контраст, поляризация, флуоресценция.

Максимальное линейное поле зрения 23 мм.

Механический предметный координатный столик 300х300 мм.

Револьверное устройство на 5 объективов.

Коаксиальный механизм грубой/точной фокусировки, с двух сторон.

Освещение 6В 30Вт; 12В 100Вт -- галогенная лампа с регулировкой интенсивности света; стабилизированный блок питания.

Микроскоп обладает широкими возможностями для документирования полученных изображений с помощью цифрового фотоаппарата или цифровой видеокамеры для дальнейшего хранения и обработки на компьютере.

Программы обработки для количественного структурного и фазового анализа (ImageExpert Pro 3, ImageExpert Gauge, ImageExpert Sample 2)

Методы исследования: светлое поле, темное поле, фазовый контраст, рельефный Varel-контраст, Плас-ДИК, люминесценция.

Оптика скорректированная на бесконечность, с цветовой коррекцией (ICS-оптика).

Конденсоры А0,2, А0,4 и А0,55 с большим рабочим расстоянием.

Окуляры: 10х/20; 10х/23; 16х/16; 25х/10

Объективы с большим рабочим расстоянием (для лабораторной посуды):, LD A-Plan, LD Plan-Neofluar,2,5х-40х

Система дополнительной смены увеличения «Оптовар» 1,25х; 1,6х; 2х; 2,5х

Система освещения проходящего света: встроенная, со стабилизированным блоком питания, галогеновая лампа (12В, 35 Вт), принцип Келера, светодиод LED с питанием от сети или аккумулятора

Модуль для флуоресцентного анализа: ртутная лампа HBO 50, 3-позиционный узел крепления смены светоделителей (для 2 блоков светофильтров для люминесцентного анализа).

Револьверное устройство для крепления 5 объективов.

Встроенная фронтальная система для фото-, видеодокументирования.

Предметные столики:

координатный; съемный механический, стеклянный, нагревательный.

Рамки для крепления специальной посуды, микроманипуляторы.

Рисунок 7 - Металлографический микроскоп Axiovert 40

Структуру исследуют в диапазоне увеличений от х250 до х950 с использованием метода светопольного освещения. При использовании этого метода топографические детали исследуемой структуры обнаруживаются за счет рассеяния света за пределы объектив .

Рисунок 8- Схема микроскопа Axiovert 40 MAT.

Концентрационные профили химических элементов записываются с помощью самописца. Образцы для исследования готовятся по стандартной методике, включающей механическое шлифование с последующим механическим полированием.

Использование растровой развертки электронного луча по поверхности образца является одним из способов автоматизации измерений. По своим возможностям РЭМ является продолжением оптической микроскопии, расширяющей ее возможности в исследовании топологии поверхностей кристаллических материалов. Разрешение наиболее распространенных РЭМ достигает 5-10 нм при недостижимой для других видов микроскопов глубине резкости 0,6-0,8 мм, причем при изучении топологии поверхности вполне достаточно использование низковольтных РЭМ с диаметром пучка электронов 10 мкм. Обычно используют пучок электронов с энергией 10-30 кэВ, хотя в отдельных случаях могут использоваться электроны с энергией в несколько сотен эВ. В РЭМ изображение объекта формируется последовательно по точкам и является результатом взаимодействия электронного пучка (зонда) с поверхность образца. Каждая точка образца последовательно облучается сфокусированным электронным пучком, который перемещается по исследуемой поверхности подобно сканированию электронного луча в телевизионных системах. При взаимодействии электронов зонда с веществом возникают ответные сигналы различной физической природы ( отраженные и вторичные электроны, Оже-электроны, рентгеновское излучение, свет, поглощенный ток и пр.), которые используются для синхронного построения изображения на экране монитора. Для формирования изображения не используется электронно-оптическая система, изменение масштабов изображения осуществляется радиотехническими средствами. Поэтому растровые электронные микроскопы принципиально отличаются от микроскопов, как дифракционных приборов, в обычном понимании этого термина. По существу РЭМ -- это телевизионный микроскоп.

Одним из существенных достоинств РЭМ является возможность в целом ряде случаев проводить исследования образцов практически без предварительной подготовки поверхности. Толщина образцов для РЭМ не имеет определяющего значения. Образцы могут иметь размеры порядка нескольких десятков мм, и ограничиваются только конструктивными возможностями держателя. Область применения методов РЭМ (рисунок 9) чрезвычайно широка - исследование топографии поверхности, приповерхностных структурных дефектов, электрически активных дефектов, электрических и магнитных доменов, определение атомного состава поверхности.

Основа сканирующего электронного микроскопа -- электронная пушка и электронная колонна, функция которой состоит в формировании остросфокусированного электронного зонда средних энергий (200 эВ -- 50 кэВ) на поверхности образца. Прибор обязательно должен быть оснащен вакуумной системой. Также в каждом РЭМ есть предметный столик, позволяющий перемещать образец минимум в трех направлениях. При взаимодействии электронов с объектом возникают несколько видов сигналов, каждый из которых улавливается специальным детектором (см. ниже). Соответственно, изображения, продуцируемые микроскопом, могут быть построены с использованием различных сигналов, часто нескольких сигналов одновременно (например, изображение во вторичных электронах, изображение в отраженных электронах, рентгеновское изображение (карта)). РЭМ оснащаются детекторами, позволяющими отобрать и проанализировать излучение возникшее в процессе взаимодействия и частицы, изменившие энергию в результате взаимодействия электронного зонда с образцом. Разработанные методики позволяют исследовать не только свойства поверхности образца, но и визуализировать информацию о свойствах подповерхностных структур.

Режим работы. Обычно для получения информации о структуре поверхности используются вторичные и/или отражённые (обратно-рассеянные) электроны. Контраст во вторичных электронах сильнее всего зависит от рельефа поверхности, тогда как отражённые электроны несут информацию о распределении электронной плотности (области, обогащённые элементом с бомльшим атомным номером выглядят ярче). Поэтому обратно-рассеянные электроны, которые генерируются одновременно со вторичными, кроме информации о морфологии поверхности содержат дополнительную информацию и о составе образца. Облучение образца пучком электронов приводит не только к образованию вторичных и отражённых электронов, а также вызывает испускание характеристического рентгеновского излучения. Анализ этого излучения позволяет определить элементный состав микрообъёма образца (разрешение для массивных образцов обычно не лучше 1 мкм).

Разрешение. Пространственное разрешение сканирующего электронного микроскопа зависит как от диаметра электронного пучка, так и от размера области взаимодействия электронного зонда с образцом. Размер электронного зонда и размер области взаимодействия зонда с образцом намного больше расстояния между атомами мишени. Хотя разрешение растровых электронных микроскопов уступает разрешению просвечивающих микроскопов, они имеют ряд преимуществ, таких как возможность изучения топографии образца, визуализация сравнительно большой области образца, исследование массивных объектов (а не только тонких пленок), набор аналитических методов, позволяющих измерять состав и свойства изучаемого объекта. В зависимости от конкретного прибора и параметров эксперимента, может быть получено разрешение от десятков до доли нанометра. На 2009 год наилучшее разрешение было достигнуто на микроскопе Hitachi S-5500 и составило 0,4 нм (при напряжении 30 кВ). Как правило, наилучшее разрешение может быть получено при использовании вторичных электронов, наихудшее -- в характеристическом рентгеновском излучении. Последнее связано с большим размером области возбуждения излучения, в несколько раз превышающим размер электронного зонда. При использовании режима низкого вакуума разрешение несколько ухудшается.

Рисунок 8 - Растровый электронный микроскоп.

Заключение

Развитие нефтяной и газовой промышленности, растущая потребность транспортировки нефти и газа на большие расстояния способствует расширению сети магистральных трубопроводов. Надежность в эксплуатации, экономичность, высокая эффективность и простота в управлении - все это создает преимущество трубопроводного транспорта перед другими видами транспортировки.

Список использованной литературы

1. Виноградов А.Г. Трубное производство - М.: Металлургия, 1981

2. Производство стальных труб / В.М. Друян, Ю.Г. Крупман и др. - М.: Металлургия, 1989

3. Машины и агрегаты трубного производства: Учебник для вузов / А.П. Коликов, В.П. Коликов, С.В. Самусев и др. -М.: «МИСиС», 1998

4. Матвеев Ю.М. Сварные трубы - М.: Металлургия, 1950

5. Технология и оборудование трубного производства. В.Я. Осадчий, В.Г. Вавилин и др. - М.: «Интермент инжениринг», 2001

6. Технологическая инструкция ТЭСЦ -5 ОАО «ВМЗ»

7. Технология производства труб: Учебник для вузов / И.Н. Потапов, А.П. Коликов, В.Н. Данченко и др. - М.: Металлургия, 1994

Размещено на Allbest.ru