Микроструктура алюминиевых сплавов

Исследование микроструктуры является одним из основных методов оценки сплавов и полуфабрикатов с целью определения влияния различных способов изготовления и термической обработки, изучения влияния новых технологий и анализа причин разрушения. Подборка типичных и аномальных микроструктур приведена в работе. В работе обсуждаются общие методы подготовки образцов из алюминия и сплавов для металлографического исследования. Фазовые диаграммы и идентификация составляющих, важных для интерпретации структур, приведены в работах.

Многие изменения, которые становятся очевидными при исследовании макро- и микроструктуры, происходят при охлаждении, гомогенизации, промежуточном нагреве, горячей или холодной деформации, отжиге, закалке или старении алюминиевого сплава. Для исчерпывающего объяснения микроструктуры необходима полная информация об анализируемом образце. Хотя это не всегда возможно, чем шире имеющаяся информация, тем более надежна интерпретация структуры. При любом таком исследовании полезен сравнительный анализ образцов.

Как правило, исследование состоит из визуального осмотра и последующего изучения при большом увеличении. При этом выбирается наиболее удобное положение образца, а исследуемая площадь становится очень малой.

Простота и низкая стоимость делают метод световой микроскопии широко используемым. Ограничение глубины резкости и увеличения при этом методе делают необходимым применение электронной микроскопии для исследования участков, где важны глубина резкости, а также тонкая структура. Электронную микроскопию дополняет, а иногда и заменяет использование избирательных травителей, что дает возможность определить микрохимический состав и получить более обоснованное объяснение микроструктуры. Исследование поверхности изломов важно для оценки способа и направления распространения трещины. Обычно особенности излома не выявляются невооруженным глазом и могут быть обнаружены только при увеличении. Для качественного анализа необходима тщательность подготовки образцов во избежание повреждения или загрязнения поверхности излома до исследования. Как правило, для определения характера разрушения (усталостное разрушение, разрушение под действием статической растягивающей нагрузки, коррозионное растрескивание и др.) используют три метода исследования: 1) световую микроскопию; 2) просвечивающую электронную микроскопию с применением реплик (ПЭМ); 3) сканирующую электронную микроскопию (СЭМ).

Метод просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) с использованием реплик хорошо освоен и широко используется. Он заключается в приготовлении тонких реплик с участков поверхности излома и их изучении с целью определения характера разрушения. Этот метод позволяет получить большее увеличение по сравнению со световыми микроскопами. Типичные увеличения для указанного метода от 600 до 10000. Атласы и справочники по строению изломов опубликованы для сплавов многих систем. Таким образом, при проведении анализа имеется достаточно обширная информация.

Метод реплик имеет некоторые недостатки, а именно:

1) длительный процесс подготовки образца для исследования;

2) необходимость селективного отбора участков для исследования, поскольку типичный диаметр реплики, снимаемой на сетчатую подложку, составляет 3 мм;

3) артифакты в реплике, которые могут иметь место при приготовлении образца;

4) невозможность получения информации о микрохимическом составе исследуемого образца для идентификации химической микрогетерогенности.

Для анализа на просвет в просвечивающем электронном микроскопе обычно используют тонкие металлические образцы фольги. Методика исследования тонких фольг более подробно рассмотрена далее в соответствующем разделе этой главы.

Изучение структуры излома с помощью сканирующего электронного микроскопа представляет собой более новый метод по сравнению с ПЭМ и световой микроскопией. Справочных данных или фундаментальных исследований, выполненных этим методом, гораздо меньше, чем в случае ПЭМ. Однако можно ожидать, что благодаря своей гибкости он заменит многие другие методы анализа.