Главная страница
Экономика
Финансы
Биология
Медицина
Ветеринария
Сельское хозяйство
Математика
Начальные классы
Информатика
Вычислительная техника
История
Юриспруденция
Право
Философия
Логика
Этика
Религия
Политология
Социология
Физика
Языкознание
Языки
Промышленность
Энергетика
Культура
Искусство
Автоматика
Связь
Электротехника
Химия
Воспитательная работа
Другое
Экология
Дошкольное образование
Строительство
Русский язык и литература
Классному руководителю
Геология
Физкультура
Иностранные языки
Доп
образование
География
Логопедия
Школьному психологу
Технология
ИЗО, МХК
Казахский язык и лит
Обществознание
Механика
ОБЖ
Музыка
Директору, завучу
Социальному педагогу
Психология

Лекция 2 материаловедение. Лекция 2 Методы исследования в материаловедении Основными методами исследования


Скачать 392.5 Kb.
НазваниеЛекция 2 Методы исследования в материаловедении Основными методами исследования
АнкорЛекция 2 материаловедение.doc
Дата12.06.2017
Размер392.5 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаЛекция 2 материаловедение.doc
ТипЛекция
#9346
страница1 из 2
  1   2




Лекция 2

1.4. Методы исследования в материаловедении

Основными методами исследования в металловедении и материаловедении являются макро- и микроанализ.

Макроанализ включает изучение поверхностных дефектов, поверхности разрушенных образцов или изломов и макроструктуры слитков, полуфабрикатов и изделий. Макроанализ не требует использования специального оборудования, проводится без применения увеличительных приборов или при помощи лупы. Анализ осуществляется визуальным наблюдением дефектов поверхности и внутреннего строения материалов.

Излом– самый простой и доступный способ оценки внутреннего строения металлов. Метод оценки изломов, несмотря на свою кажущуюся грубость оценки качества материала, применяется довольно широко в различных отраслях производства и научных исследований. Оценка излома во многих случаях может характеризовать качество материала.

Излом может быть кристаллическим или аморфным. Аморфный излом характерен для материалов, не имеющих кристаллического строения, таких как стекло, канифоль, стекловидные шлаки.

Металлические сплавы, в том числе сталь, чугун, алюминиевые, магниевые сплавы, цинк и его сплавы, дают зернистый, кристаллический излом.

В зависимости от пластичности и вязкости металлических материалов, поверхность изломов существенно различается, излом может быть вязким или хрупким. Для вязкого разрушения, которое сопровождается значительной пластической деформацией, характерна развитая поверхность излома. Такой излом называется волокнистым. Хрупкое разрушение реализуется при незначительной пластической деформации, и поверхность излома часто имеет морфологию, связанную с формой и расположением кристаллов. К хрупким изломам относят кристаллические, фарфоровидные, нафталинистые, камневидные. Каждая грань кристаллического излома является плоскостью скалывания отдельного зерна. Поэтому по излому можно определять размеры зерна металла. Изучая излом стали, можно видеть, что размер зерна изменяется в очень широких пределах: от нескольких сантиметров в литой, медленно остывшей, стали до тысячных долей миллиметра в правильно откованной и закаленной стали. В зависимости от размера зерна, излом может быть крупнокристаллический и мелкокристаллический. Обычно мелкокристаллический излом соответствует более высокому качеству металлического сплава.

В случае волокнистого излома разрушение исследуемого образца проходит с предшествующей пластической деформацией, зерна в плоскости излома деформируются, и излом уже не отражает внутреннего кристаллического строения металла. Часто в одном образце, в зависимости от уровня его пластичности, в изломе могут быть волокнистые и кристаллические участки.

Хрупкий кристаллический излом может быть получен при разрушении по границам зерен или по плоскостям скольжения, пересекающим зерна. В первом случае излом называется межкристаллитным, во втором – транскристаллитным. Иногда, особенно при очень мелком зерне, трудно определить природу излома. В этом случае излом изучают с помощью лупы или бинокулярного микроскопа.

В последнее время получило развитие фрактографическое изучение изломов на металлографических и электронных микроскопах. При этом находят новые достоинства старого метода исследований в металловедении (исследований излома), используя понятия фрактальных размерностей.

Следующим методом исследования металлических материалов является макроструктурное исследование, которое заключается в изучении после травления плоскости сечения изделия или образца в продольном, поперечном или любых иных направлениях. Достоинством макроструктурного исследования стала возможность изучения структуры целой отливки или слитка, поковки, штамповки и т.д. С помощью этого метода исследования можно обнаружить внутренние пороки материала: поры, пустоты, трещины, расслоения шлаковые включения, определить размер и форму кристаллов, и изучать и химическую неоднородность (ликвацию) при кристаллизации слитка. Например, с помощью серных отпечатков макрошлифов на фотобумаге по Бауману определяется неравномерность распределения серы по сечению слитков. Большое значение этот метод исследования имеет при исследовании кованых или штампованных заготовок для определения правильности направления волокон в металле.

Одним из основных методов в металловедении является исследование микроструктурыметалла на металлографических и электронных микроскопах. Этот метод позволяет изучать микроструктуру металлических объектов с большими увеличениями: от 50 до 2 000 раз на оптическом металлографическом микроскопе и от 10 до 200 тыс. раз на электронном микроскопе. Исследование микроструктуры производится на полированных шлифах. На нетравленых шлифах изучается наличие неметаллических включений, таких как оксиды, сульфиды, мелкие шлаковые включения и другие включения, резко отличающиеся от природы основного металла.

Микроструктура металлов и сплавов изучается на травленых шлифах.

Травление обычно производится слабыми кислотами, щелочами или другими растворами, в зависимости от природы металла шлифа. При травлении по-разному растворяются различные структурные составляющие, которые окрашиваются в разные тона или цвета. Границы зерен, отличающиеся от основного раствора, имеют травимость, обычно различающуюся от основы, они выделяются на шлифе в виде темных или светлых линий.

Видимые под микроскопом полиэдры зерен представляют собой сечения зерен поверхностью шлифа. Так как это сечение является случайным и может проходить на разных расстояниях от центра каждого отдельного зерна, то различие в размерах полиэдров не соответствует действительным различиям в размерах зерен. Более крупные зерна имеют величину, наиболее близкую к действительному размеру зерна.

При травлении образца, состоящего из однородных кристаллических зерен, например чистого металла, однородного твердого раствора наблюдается часто различно протравленные поверхности разных зерен (рис. 1.18). Это явление объясняется тем, что на поверхности шлифа выходят зерна, имеющие различные кристаллографическую ориентировку, вследствие чего степень воздействия кислоты на эти зерна оказываются разной. Одни зерна выглядят блестящими, другие сильно протравливаются, темнеют (рис. 1.18, б). Это потемнение связано с образованием различных фигур травления, по-разному отражающих световые лучи. В случае сплавов, отдельные структурные составляющие образуют микрорельеф на поверхности шлифа, имеющий участки с различным наклоном отдельных поверхностей (рис. 1.19, а).

Нормально расположенные участки отражают наибольшее количество света и оказываются наиболее светлыми. Другие участки – более темные. Часто контраст в изображении зернистой структуры связан не со структурой поверхности зерен, а с рельефом у границ зерен. Существует 3 разновидности границ зерен (рис. 1.19, б, в, г). Кроме того, различные оттенки структурных составляющих могут являться результатом образования пленок, образованных при взаимодействии травителя со структурными составляющими.

С помощью металлографического исследования можно осуществлять качественное выявление структурных составляющих сплавов. Количественное изучение микроструктуры металлов и сплавов можно проводить, во-первых, путем сравнения с известными изученными структурными составляющими и, во-вторых, специальными методами количественной металлографии. Использованием методов количественной обработки изображений в микроскопе можно определить размер зерна, размеры и объем структурных составляющих материала, протяженность границ зерен и другие количественные характеристики.



Рис. 1.18. Микроструктура (а, б) однофазного сплава – твердого раствора в отожженном состоянии.


Рис. 1.19. Схема образования контраста в изображении рельефных структур: а – формирование контраста; б – граница зерен; в – избирательное растравливание одной из фаз; г – граница с примесями.
В настоящее время для исследования структуры металлов в металлографических исследованиях широко применяются электронный сканирующий и просвечивающий микроскопы. Если разрешающая способность оптического микроскопа достигает значений 0,00015 мм = 1500 Å, то разрешающая способность электронных микроскопов достигает 2–10 Å, т.е. в несколько сот раз больше, чем у оптического, что связано с использованием волнового потока электронов с длинами волн 0,05–0,037 Å.

В просвечивающем электронном микроскопе осуществляют исследование тонких пленок (реплик), снятых с поверхности шлифа или непосредственное изучение тонких металлических пленок (фольг), полученных утонением массивного образца. Разрешение микроскопа позволяет изучать дефекты кристаллического строения, строение малоугловых и высокоугловых границ субзерен и зерен, распад пересыщенных твердых растворов при термическом или деформационном старении, связанных с выделением зоны Генье-Престона (ЗГП), когерентных и полукогерентных метастабильных фаз. Сочетание дифракции электронов с тонкой структурой фаз разрешает идентифицировать фазовый состав, устанавливать ориентационные соотношения, определять плотность дислокаций и решать другие задачи практического материаловедения.

Сканирующий (растровый) микроскоп дает возможность исследовать при значительном разрешении развитые поверхности, например изломы.

Анализ структуры изломов позволяет описать характер разрушения, установить причину разрушения детали или изделия. Растровые электронные микроскопы снабжены рентгеновскими спектрометрами для проведения микрорентгеноспектрального анализа материалов. Такой анализ позволяет осуществлять с точностью 1–4 % качественного и количественного анализа поэлементного состава сплавов от 4 до 42 элемента в микрообъемах вещества до 0,5 мкм.

Методы рентгеноструктурного анализа (РСА) используют для решения широкого спектра материаловедческих задач. Этим методом можно определять качественный и количественный фазовый состав многокомпонентных веществ, оценивать степень упругой и пластической деформации без разрушения образца, изучать и контролировать процессы термообработки металлов и сплавов, расшифровывать структуры сложных кристаллических материалов и т.д.

Этот метод дополняет другие методы анализа веществ, а в ряде случаев является важным звеном в технологической цепочке, например, автоматизированный контроль фазового состава электролита при получении алюминия из глинозема.

Рентгеноструктурный анализ – это дифракционный метод. В его основе лежит взаимодействие между рентгеновскими лучами и кристаллическим веществом. Сложную картину рассеяния рентгеновских лучей атомами можно уподобить отражению этих лучей от атомных плоскостей кристалла по законам геометрической оптики. «Отражаясь» от параллельных плоскостей (hkl) с межплоскостным расстоянием dhkl, электромагнитные волны рентгеновских лучей будут усиливать друг друга (интерферировать), если они совпадут по фазе, т.е. в разность хода лучей уложится целое число длин волн nλ.

Уравнение дифракции рентгеновских лучей под названием формулы Вульфа-Брэггов имеет вид: 2 dhkl sin θ = nλ; если nλ – целое число длин волн,то 2dhklsinθ – разность хода лучей, где θ – угол дифракции между отраженным лучом и атомной плоскостью. В случае использования монохроматического излучения (λ = const) для атомных плоскостей (hkl) с определенным значением dhkl/n имеем единственный угол θ, под которым будет наблюдаться интерференционный максимум на регистрирующем устройстве.

Данное следствие позволяет применить формулу Вульфа-Брэггов для установления фазового состава вещества. Каждая фаза обладает собственной кристаллической решеткой с определенным набором отражающих плоскостей и значениями dhkl/n. Зная длину волны рентгеновских лучей λ и определив угол дифракции θ из рентгенограммы, находим значения dhkl/n для всех атомных плоскостей, участвующих в отражении. Далее сравниваем dhkl/n расчетные с dhkl/n табличными из международной базы данных дифракционных стандартов ICDD (Объединенный комитет дифракционных данных). При совпадении значений делаем вывод о фазовом составе пробы. В настоящее время рентгенофазовый анализ автоматизирован и дает высокую точность, как в качественном, так и в количественном определении соотношении фаз многокомпонентного образца.

Любые изменения в кристаллической решетке в случае полиморфного превращения, упругой, пластической деформации, термообработки ведут к изменению межатомных расстояний и, следовательно, изменению dhkl.

В свою очередь это приводит к изменениям в дифракционной картине образца: к смене положения линий на рентгенограмме, их размытию, нарушению сплошности (например, в случае текстуры на размытых линиях появляются характерные уплотнения – текстурные максимумы) и т.д.

Изучая методом РСА изменения в кристаллической решетке по сравнению с исходным её состоянием, можно судить о тех процессах, которые вызвали эти изменения. Ярким примером являются труды отечественных ученых Г.В. Курдюмова, Л.И. Лысака, М.В. Захарова, Г.С. Жданова, В.И. Ивероновой, Я.С. Уманского и многих других, которые с помощью методов РСА внесли ясность в теорию термообработки (например, мартенситного превращения стали), старения цветных сплавов, фазовых превращений и т.д.

В материаловедении, кроме указанных методов, применяются:

• дилатометрический метод исследования внутренних превращений в металлах, основанный на измерении изменений индивидуальных объемов фаз в процессе фазовых превращений;

• метод термического анализа, основанный на принципе учета и измерения скрытого тепла превращения, происходящего в металле при тех или иных превращениях;

• магнитный анализ, основанный на свойствах ферромагнитных материалов изменять магнитные свойства с изменением температуры и протеканием фазовых превращений.

В материаловедении для определения характеристик превращений, происходящих в металлах и сплавах, используются также все доступные измерению химические, физические и механические свойства, изменяющиеся при протекании исследуемых превращений. Очень важными свойствами, определяющими кинетику многих превращений, является электропроводность, растворимость в кислотах, плотность, твердость и др.

Практически все методы исследования, включая чисто металловедческие и изменения физико-механических свойств, должны применяться в комплексе, дополняя друг друга.

1.5. Физические, химические и эксплуатационные свойства материалов

К типичным металлам относятся железо и алюминий, медь и свинец, титан и вольфрам и еще множество элементов. Какой из них лучше, какой следует применять в тех или иных условиях эксплуатации? С одной стороны, каждый материал обладает только ему присущим качеством, независимо от того, оцениваем ли мы его или нет. С другой стороны, качество можно охарактеризовать множеством свойств, которые нам кажутся наиболее важными в той или иной ситуации.

Металлы отличаются по внешнему виду, например, алюминий выглядит светло-серебристым, а медь – красной. Магний, алюминий и титан по первому ощущению кажутся легкими, свинец и вольфрам – тяжелыми. При нагревании свинец из кристаллического (твердого) состояния превращается в жидкость уже при 324 °С, тогда как вольфрам остается твердым до температур в 10 раз более высоких (температура плавления вольфрама 3 400 °С).

Поэтому то или иное отдельно взятое свойство еще не может охарактеризовать качество материала. Для более полной характеристики качества определяют несколько свойств, наиболее важных для конкретных условий их применения.

Одной из главных задач материаловедов является правильный подбор материала для изготовления деталей конструкций, инструмента и изделий специального назначения. При разработке и выборе металлов и сплавов руководствуются основными требованиями: необходимый уровень эксплуатационных свойств, достаточные характеристики технологических свойств, приемлемые экономические показатели производства сплавов и изделий из них.

Эксплуатационные свойства определяются назначением изделия, условиями его работы и заданными механическими, физическими, химическими свойствами. К конструкционным материалам предъявляются прежде всего требования по прочности, пластичности и вязкости разрушения. Для контроля термической обработки изделий из конструкционных материалов задаются требования по твердости и глубине упрочненного слоя. К ответственным изделиям предъявляются дополнительные требования по пределу текучести, пределу выносливости, ударной вязкости и другим свойствам. Важнейшей характеристикой при эксплуатации изделий является сопротивление коррозии.

Технологические свойства определяют поведение сплава в процессе производства изделий. К технологическим свойствам относятся литейные свойства, способность к обработке давлением, характеристики обрабатываемости резанием, свариваемость. Низкие технологические свойства выбранного сплава не позволяют изготовить изделия с заданными параметрами. Например, если жидкотекучесть сплава невысокая, то из него невозможно изготовить деталь сложной конфигурации.

Экономические показатели также влияют на поиск материала. Выбранный состав сплава определяет стоимость затрат на получение самого сплава (стоимость металла, легирующих элементов, модификаторов и прочих материалов), а также стоимость изготовления из него отливок, полуфабрикатов и изделий. Необходимо учитывать капитальные затраты, связанные с использованием сплава. Например, если сплав необходимо подвергать упрочняющей термообработке, то предложенная технология приводит к увеличению стоимости расходов, как на дополнительную технологическую обработку, так и на установку нового оборудования. Чрезвычайно высокая стоимость ограничивает применение предлагаемого сплава. Выбор состава сплава определяет затраты не только на производство, но и на эксплуатацию изделий. Снижение эксплуатационных расходов может перекрыть увеличение производственных затрат. Например, деталь из титанового сплава дороже детали из алюминиевого сплава, но срок службы ее без ремонта может быть намного больше, следовательно, использование детали из титанового сплава экономически более выгодно.

Все основные свойства материалов условно можно подразделить на следующие группы: химические, физические и механические.

К химическим характеристикам материалов относят химический состав, в том числе наличие примесей, легирующих элементов; способность к химическому взаимодействию с кислотами и щелочами; коррозионная стойкость, определяемая в различных условиях химически активной воздействующей на материал среды, и некоторые другие свойства.

К физическим свойствам относят плотность (удельный вес) и способность материала изменять ее и размеры изделия при температурном воздействии (тепловое расширение); электропроводность и электросопротивление; комплекс магнитных характеристик, таких, например, как коэрцитивная сила, намагниченность насыщения, магнитная проницаемость. В комплекс теплофизических свойств входят теплоемкость, теплопроводность, коэффициент теплоизлучения, степень черноты поверхности и др.

К механическим свойствам относят твердость, определяемую различными методами, в том числе по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, микротвердость вдавливанием, царапанием. К механическим свойствам, определяемым при растяжении (сжатии, кручении, изгибе) образцов, относят временное сопротивление разрыву (или предел прочности), предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Характеристика, определяемая при многократных знакопеременных нагрузках при растяжении–сжатии, кручении и изгибе, – предел выносливости. Важной характеристикой, определяемой при динамическом нагружении изгибом, является ударная вязкость. К механическим характеристикам относят также жаропрочность, износостойкость и другие, которые находятся по специальным методикам.

Химические свойства. Химический состав материалов определяет их строение, в том числе фазовый состав, структуру и их свойства. В связи с этим различают сплавы на основе железа: стали и чугуны, сплавы на основе алюминия: силумины, дуралюмины, сплавы на основе меди: латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы.

При дальнейшем изучении курса мы познакомимся с классификацией сталей и сплавов; стали могут быть углеродистые и легированные, например, хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и др. Наличие примесей в стали или сплаве резко изменяет свойства сплавов, поэтому количество примесей строго ограничивается. Особенно вредны примеси серы и фосфора, в связи с этим различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Металлы могут быть химически чистыми, технически чистыми, что определяется содержанием примесей.

Химический состав металлов и сплавов строго регламентируется требованиями государственных стандартов, которые являются обязательными для заводов-изготовителей этих материалов. В последнее время, в связи с интеграционными процессами, большое количество материалов у нас в стране изготавливается для поставок на экспорт, что требует оценки их химического состава и свойств согласно требованиям зарубежных стандартов.

Каждому материалу по государственным стандартам присваиваются марки, используя которые, можно всегда определить их химический состав.

Например, алюминий технический различной степени чистоты обозначается А5; А7; А8; А9; А99; А999, что отвечает содержанию примесей не более (соответственно) 0,5 %; 0,3 %; 0,2 %; 0,1 %; 0,01 %; 0,001 %.

Стали марок 10, 15, 20, 30, 40, 45 и т.д. соответствуют среднему содержанию углерода в сталях 0,1 %, 0,15 %; 0,2 %; 0,3 %; 0,4 %; 0,4 5% и т.д.

Марки не всегда определяют химический состав стали или сплава, а бывают просто условными обозначениями, например, сталь марки Ст3. Здесь цифра 3 – условный номер. Марки алюминиевых сплавов: АД31; Д16; АК6. Здесь цифры – номер сплава по ГОСТу. То же в титановых сплавах: ВТ3; ВТ5; ВТ6; ВТ22; ВТ14.

Определение химического состава сплавов производится чисто химическими методами – аналитической химии, а также методами физико-химического анализа: спектрального, рентгеноспектрального, спектрально- флюоресцентного, атомно-абсорбционного и др. Методы микрорентгеноспектрального анализа позволяют определять не только средний химический состав материала, но и содержание компонентов в каждой частице структуры сплава, что очень важно для гетерогенных материалов, в том числе композиционных. Распределение элементов в материале может быть определено радиометрическим методом, так называемым методом «меченых атомов», с применением радиоактивных изотопов.

Способность к взаимодействию с кислотами и щелочами – это еще одно химическое свойство материалов, которое широко используется в технологиях получения микросхем на полупроводниковых приборах, методах электрохимической обработки поверхности, а также для выявления структуры материалов при металлографическом травлении.

Коррозионная стойкость материала характеризует устойчивость материала в условиях эксплуатации при воздействии внешней агрессивной среды: атмосферного воздуха, влаги, морской воды, газов, температуры и др.

Высокая коррозионная стойкость обусловлена химическим составом сплава, его структурой, что в свою очередь достигается способом и режимами термической обработки. Коррозионная стойкость является одним из важнейших химических и эксплуатационных свойств материалов, и ее повышение становится одной из главных задач при создании новых сплавов, материалов и покрытий.

Коррозия − процесс самопроизвольного разрушения материалов в результате химического, физико-химического и электрохимического воздействия. По механизму взаимодействия со средой различают коррозию химическую и электрохимическую. По виду агрессивной среды коррозию делят на газовую, атмосферную, в растворах электролитов, подземную и коррозию в жидкостях-неэлектролитах.

По характеру изменения поверхности металла или его физико-химических свойств различают общую (сплошную), местную и избирательную коррозию. Избирательной коррозии подвержены сплавы, содержащие несколько структурных составляющих − структурно-избирательная коррозия, и сплавы типа твердых растворов − компонентно-избирательная коррозия. Сплошная коррозия делится на равномерную и неравномерную, а местная коррозия может быть точечной, подповерхностной, межкристаллитной, ножевой, в виде пятен, язв. Наиболее опасный вид местной коррозии − межкристаллитная коррозия, которая распространяется по границам зерен. Местная коррозия более опасна, чем сплошная, т. к. может привести к нарушению герметичности в локальном месте и к разрушению.

При воздействии рабочих напряжений в конструкциях может развиться опасный вид разрушения − коррозионное растрескивание или коррозия под напряжением. При коррозионном растрескивании под воздействием напряжения могут возникать транскристаллитное (по объему кристалла) и межкристаллитное (по границам кристаллов) разрушения. Коррозионное растрескивание под напряжением характеризуется хрупкими изломами. Проблему коррозионного растрескивания можно решить проведением термической обработки − отжигом для снятия внутренних напряжений или созданием в поверхностной зоне материала напряжений сжатия при поверхностном наклепе (упрочнение при деформации).

Химическая коррозия − процесс разрушения материалов под воздействием жидкостей-неэлектролитов и газовой высокотемпературной среды. Защиту конструкций, работающих в среде неэлектропроводящих жидкостей (спирт, бензол, фенол, бензин, расплавленная сера) ведут либо подбором химического состава материала, либо применяя защитные покрытия. Газовая коррозия наблюдается при работе в условиях высоких температур, она опасна для термического нагревательного оборудования, оборудования для горячей деформации и литья. Газовая коррозия − это прежде всего окислительные процессы, т.е. взаимодействие с кислородом среды. В свою очередь, образующаяся на поверхности материала плотная оксидная пленка может защитить металл от дальнейшего окисления. Основной метод защиты от газовой коррозии − использование жаростойких сталей и сплавов и защита поверхности материала специальными жаростойкими покрытиями, получаемыми при диффузионном насыщении алюминием, хромом, кремнием, либо металлокерамическими покрытиями.

Электрохимическая коррозия возникает при контакте металлов с электролитами, чаще всего во влажной среде через электродные реакции. При нахождении металла в растворе электролита между поверхностью металла и электролитом возникает разность потенциалов, величина которого оказывает большое влияние на характер коррозионного процесса. Разность потенциалов возникает при образовании двойного электрического слоя заряженных частиц на границе раздела фаз металл − электролит, что и вызывает появление некоторой разницы потенциалов между металлом и раствором электролита.

Электродный потенциал определяет термодинамическую устойчивость металлов к коррозии. Каждая электродная реакция имеет свой стандартный потенциал (φ°). Если расположить электродные реакции в соответствии со значениями стандартных потенциалов, то получится электрохимический ряд напряжений металлов:

Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H2 Sb Cu Hg Ag Pt Au

Электрохимический ряд напряжений металлов, который применим только для чистых (неокисленных) металлических поверхностей, представляет собой закономерное расположение металлов относительно стандартного электродного потенциала водорода, который принят за ноль. Слева от Н2 располагаются металлы с отрицательными значениями стандартного электродного потенциала, справа − с положительными. Металл, которому соответствует относительно высокий стандартный потенциал, например, серебро (φ° = +0,80), называется благородным металлом. Металл, которому соответствует низкий стандартный потенциал, например магний (φ° = −2,38), называется неблагородным металлом. Таким образом, более электроотрицательные металлы обладают большей склонностью к электрохимической коррозии.

Определение коррозионной стойкости чаще всего производят в условиях, близких к условиям эксплуатации реальных изделий. Коррозионную стойкость металлов можно оценить количественно по изменению массы металла при коррозии, отнесенной к единице времени или единице поверхности; по объему выделяющегося или поглощаемого при коррозии газа, отнесенного к единице времени или единице поверхности; по уменьшению толщины образца металла, отнесенной к единице времени (мм/год); по плотности коррозионного тока.

Важнейшими характеристиками коррозионной стойкости являются сопротивление общей коррозии, склонность к межзеренному разрушению (межкристаллитная коррозия), склонность к коррозии под напряжением, жаростойкость, окалиностойкость и др.

Физические свойства. Плотность вещества характеризует массу в единице объема и измеряется в кг/м3 (г/см3). Плотность зависит от строения и массы атома, от упаковки атомов в кристаллической решетке вещества и может изменяться при наличии в металле микро- и макродефектов. Следовательно, это свойство может быть использовано для определения количества входящих в состав материала элементов, если известны эти элементы. Кроме того, при известном и постоянном химическом составе материала определение плотности может дать информацию о количестве дефектов в реальном изделии (макро- и микропор, точечных дефектов – вакансий).

Теоретическую плотность материала находят расчетным путем. Реальная плотность материала определяется экспериментально и может быть рассчитана после прямого взвешивания образца и точного измерения его размеров. Основным наиболее точным методом определения плотности, не зависимым от формы исследуемого образца, является метод гидростатического взвешивания в соответствии с законом Архимеда: «На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом». Метод реализуется двукратным взвешиванием: на воздухе и жидкости (воде, спирте) с точной известной плотностью при контролируемой температуре с последующим расчетом.
  1   2
написать администратору сайта