Количественная металлография

Количественная металлография стала более широко использоваться для установления связи свойств с микроструктурой в связи с применением автоматических приборов. В работе приведен обзор методик и теория количественного анализа.

К характерным чертам микроструктуры относятся: 1) пористость; 2) включения; 3) нерастворимые фазы, образующиеся при кристаллизации, т.е. Al6 (FeMn) или FeAl3; 4) дисперсоиды (мелкие выделения, образование которых происходит при высокотемпературных операциях термообработки: ZrAl3, Al12(FeMn)3 и Al12Mg2Cr; 5) выделения, образующиеся в процессе старения [мельчайшие, как правило, когерентные выделения, образующиеся при низких температурах вследствие высокой степени пересыщения твердого раствора при охлаждении от температуры закалки: MgZn2, CuAl2 (0') и зоны ГП]. Все перечисленные особенности могут влиять на поведение материала, и большая их часть поддается количественному анализу.

Нерастворимые частицы, пористость и включения, как правило, достаточно велики и их легко наблюдать с помощью светового микроскопа. Эти три фактора сильно влияют на характеристики разрушения алюминия, в особенности на вязкость разрушения, усталостные свойства и относительное удлинение. Размеры нерастворимых частиц таковы, что их можно проанализировать химически с помощью микрозондового анализатора или сканирующего электронного микроскопа (метод "эдакс") и в сложных сплавах.

В работе описано использование этого метода для установления зависимости величины относительного удлинения в высотном направлении в сплавах 2Х24 от типа и объемного содержания составляющих. Блоу, Томпсон, Хан и Розенфельд провели анализ размеров, характера распределения и объемного содержания нерастворимых фаз и установили связь этих факторов с вязкостью разрушения высокопрочных конструкционных сплавов, используемых в авиационной технике.

Выделения, размер которых меньше, чем частицы дисперсоидов, обычно нельзя наблюдать с помощью светового микроскопа, и в этом случае необходимо использовать приборы с более высокой разрешающей способностью (просвечивающий или сканирующий электронный микроскоп). Эти частицы влияют на поведение алюминиевых сплавов при рекристаллизации, а также могут оказывать прямое или косвенное влияние на прочностные свойства. Большие увеличения, необходимые для анализа таких выделений, и малая площадь анализируемого участка затрудняют исследование. Если анализ проводят с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа (СПЭМ), оборудованного микрозондом, то частицы можно идентифицировать также химически. Мельчайшие частицы, выделяющиеся в процессе старения, можно проанализировать только с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Влияние этих частиц проявляется в первую очередь в повышении пределов текучести и прочности.

Стэли установил связь усталостных характеристик высокопрочных сплавов 7X75 с количеством нерастворимых фаз кристаллизационного происхождения. При высоких уровнях коэффициента интенсивности напряжений скорость роста усталостной трещины меньше при более низком содержании этих фаз в сплаве (сплав 7475) по сравнению со сплавом 7075, в котором объемная доля выделений больше. При низком уровне интенсивности напряжений частицы указанных фаз, по-видимому, блокируют дислокации.