Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Высокотемпературные методы

Как мы видели, успешность метода определения периода решетки на закаленных образцах полностью зависит от того, изменяется ли при закалке структура. Во многих случаях,

когда структура оставалась неизменной, на закаленных образцах было сделано много ценных работ. Однако в распоряжении исследователя желательно иметь высокотемпературные рентгеновские методы, не только когда при закалке происходит распад, но и для того, чтобы убедиться, что в результатах, полученных на закаленных образцах, нет ошибки из-за частичного распада. Было предложено много типов высокотемпературных камер. Здесь мы не будем входить в детали рентгеновского исследования, но так как большинство лабораторий предпочитает создавать свое рентгеновское высокотемпературное оборудование, полезно сделать общие выводы.

Большинство высокотемпературных рентгеновских камер относится к камерам цилиндрического типа; в них порошковые образцы в вертикальном положении нагреваются двумя круглыми печами, разделенными небольшим просветом для прохода рентгеновского луча и фиксирования отражений. Обычно опилки удобнее всего помещать в тонкостенные капилляры из кварца или бористого стекла.

В литературе было описано несколько камер такого типа [153]; на приготовлении образцов мы останавливались выше. Преимущество методов высокотемпературных исследований состоит в том, что опилки могут быть нагреты и охлаждены и даже закалены (в кварцевом контейнере) без воздействия кислорода и азота, и если сплав не реагирует с кварцем, контроль состава образцов в этом случае очень точен. При получении неожиданных результатов метод разрешает провести химический микроанализ опилок реального образца и таким образом проверить, не было ли случайных загрязнений.

Рассматриваемый метод не применим для сплавов, реагирующих с кремнистыми материалами. Для таких случаев разработана камера типа Дебая-Шерера, в которой образец находится в вакууме или в инертной атмосфере [154]. Образец в форме проволоки или спеченного прутка должен быть термически изолирован от своего держателя, так как иначе отвод тепла вследствие проводимости может значительно снизить температуру. Кроме того, опилки могут быть приклеены к тонкой кварцевой палочке химически неактивным цементом. Применимость этого метода зависит от летучести и активности сплавов. Так, образцы железоникелевых сплавов (точка плавления 1400—1500°) при 600° следует исследовать в высоком вакууме, но при 1000° нужно также учитывать и летучесть.

Во всех камерах типа Дебая-Шерера, чтобы предохранить пленку от повреждений, необходимо применять водяное

охлаждение и защитить пленку от световых лучей темной бумагой или тонкой алюминиевой фольгой. Основные неудобства связаны с охлаждением середины образца вследствие потерь тепла из-за просвета между печами. Юм-Розери и Рейнольде уменьшили охлаждение в центре, сконструировав специальную печь в виде колокола с очень узкой щелью.

Конструкция камеры Оуэна была изменена для того, чтобы можно было использовать полусферическую печь из платино-оодиевого сплава, разрешающую сконцентрировать тепло в центре [155]; этот же принцип был использован в вакуумной высокотемпературной камере [154] (рис. 146). Очень удобной оказывается съемная кассета для пленки, впервые сконструированная Оуэном. Эта кассета позволяет проявить пленку и перезарядить камеру, не снимая ее с рентгеновской трубки.

Не всегда возможно и не всегда желательно применять для высокотемпературной рентгенографии опилки. В литературе описаны камеры, с помощью которых можно исследовать плоские образцы методом съемки со шлифа. В этих камерах температура измеряется термопарой, непосредственно прикрепленной к образцу; температура обычно поддерживается постоянной. Для получения хорошей рентгенограммы, однако, образцу нужно придать колебательное и вращательное движение; это трудно осуществить в вакууме или инертной атмосфере. Оуэн [156] на основе своей прежней конструкции предложил камеру такого типа, а Вильяме [157] недавно описал прибор, в котором можно получить отражения при брегговских углах от 5 до 87,5° — в одной половине камеры и от 57,5 до 87,5° — в другой.

Температурный предел большинства высокотемпературных камер 1000° или ниже. Бирк и Фридман [158] для температур до 1200° разработали камеру, в которой вместо пленки для фиксирования углое применяется счетчик Гейгера. Эдварде, Спейсер и Джонстон [159] описали камеру, пригодную для исследований до 2200°.

Применяются также высокотемпературные камеры с обратным отражением и фокусирующие камеры. Рентгенограммы при высоких температурах снимались, кроме того, с монокристаллов.

Образцы в капиллярах для работы при высоких температурах можно приготовить следующим образом. Сначала должен быть изготовлен тонкостенный кварцевый капилляр; для этого удобно использовать тонкостенную трубку из прозрачного кварца диаметром 6 мм. Один конец трубки нужно закрыть

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

резиновой пробкой, а другой присоединить к резиновой трубке длиной около Затем середину кварцевой трубки следует нагреть в пламени светильного газа с кислородом и выдуть утолщение, как показано на рис. 147, а. Разогретую трубку можно резким рывком руки вытянуть в капилляр длиной около Он будет иметь разный диаметр и разную толщину стенок; поэтому его следует разрезать на куски длиной Затем толщину стенок следует измерить под передвижным микроскопом и рассортировать капилляры на три группы: с толщиной стенок

Рис. 147. Последовательность изготовления кварцевых капилляров для образцов, применяемых при высокотемпературном рентгеновском исследовании: а - кварцевая трубка диаметром 6 мм; б - капилляр; в — кварцевый стержень

С уменьшением толщины стенок затрудняется обращение с капилляром; однако применять трубки со стенками толще чем не рекомендуется ввиду увеличения поглощения рентгеновских лучей и увеличения их рассеяния самим кварцем. Диаметр капилляра должен быть порядка Вообще говоря, рекомендуется применять образцы несколько толще, чем для обычной работы при комнатной температуре, потому что кварц вызывает рассеяние, которое может затемнить линии, если применяется слишком тонкий образец.

После того как капилляр нужного размера выбран, его нужно закрыть с одной стороны пробкой. Для этого пруток прозрачного кварца диаметром вытягивают до такого диаметра, чтобы его можно было вставить в капилляр. Можно также изготовить маленький наконечник для паяльной трубки, вытянув трубку из тугоплавкого стекла. Узкое сопло должно быть таким, чтобы можно было получить пламя длиной около Вытянутый пруток вставляют в капилляр, как показано на рис. 147, б, а затем соединение запаивают, как показано на рис. Если место соединения хорошо выровнено, то на капилляре не возникают утолщения, и пруток вращается между большим и указательным пальцами. Липсон и Эдварде [160] описали простое приспособление для проверки того, что капилляр и пруток спаяны аккуратно, в одну линию.

При работе с неактивными сплавами опилки просто

засыпают в капилляр небольшими порциями при легком постукивании по капилляру. Поверх опилок вставляют другой кусок кварцевого прутка и на капилляр наносят каплю сургуча, как показано на рис. 148. Затем стеклянную трубку А соответствующего размера вытягивают с одного конца, как показано на рис. 148, и нагревают. Когда в нее затем вставляют капилляр, при соприкосновении сургуча с теплым стеклом получается вакуумплотное соединение. Трубку А зажимают вертикально и медленно откачивают, после чего ранее изготовленной маленькой паяльной трубкой заваривают капилляр с кварцевым прутком на достаточной высоте, чтобы опилки не перегрелись {рис. 148, б и в). Можно запаять откаченный капилляр и без внутренней пробки, но с нею этот процесс намного проще и уменьшается опасность разрушения капилляра под вакуумом при размягчении кварца. Откачивание капилляра с опилками нужно вести медленно, иначе быстрый поток газа может вынести опилки из трубки. Удобно иметь какой-нибудь прибор для указания примерного давления в системе.

При изготовлении образца описанным выше методом он получается с ручкой, прикрепленной к капилляру. Эту ручку можно использовать для закрепления образца в держателе камеры.

Этот же способ изготовления образцов можно применить, когда для изготовления опилок используется аппаратура, показанная на рис. 141 и 142. В этом случае капилляр помещают в трубку для сбора опилок (см. рис. 149, а) так, чтобы капилляр только слегка выступал за сургучный ободок. Опилки попадают в сборную трубку и при легком постукивании проходят в капилляр. Дальнейший процесс зависит от активности сплава. Если сплав достаточно стабилен, трубку можно быстро открыть и вставить в капилляр тонкий кварцевый стержень для образования пробки над опилками, затем трубка может быть закрыта и откачена, а капилляр запаян, как указывалось выше. Если опилки окисляются на воздухе, то капилляр должен быть запаян над опилками без пробки. В этом случае капилляр может получить форму, приведенную на рис. 149, б, и не выдержать закалки.

Описанные методы дают возможность приготовить капилляр, который можно нагревать и охлаждать в высокотемпературной камере Дебая-Шерера.

Для построения диаграмм состояния наибольшее значение имеют следующие методы высокотемпературного рентгеновского исследования:

1. Для определения границ фаз при высоких температурах можно применять метод изменения периода решетки. При работе со сплавами, которые при низких температурах находятся в однофазной области, целесообразно измерять период решетки при комнатной температуре до и после нагрева образца на высокую температуру. При этом обнаруживаются возможные изменения в процессе работы при высоких температурах.

2. Если предполагается, что фаза при высоких температурах претерпевает превращение, то рентгенограммы дают много полезных сведений. Величина общего рассеяния возрастает с повышением температуры.

Рис. 148. Способ запайки образца в кварцевом капилляре: 1 — сургуч; 2 — пробка; 3 — опилки; 4 — рукоятка

Рис. 149

Так как изменение в величине отношения параметров решетки может изменить относительное положение линий, обычно лучше работать при последовательно повышающихся температурах, чем пытаться сразу сравнивать рентгенограммы, полученные при комнатной и высокой температуре. Такие эксперименты могут дать сведения о значении коэффициента расширения сплавов в однофазных областях, а обнаруженное их аномальное значение указывает на существование сверхструктуры или на другое превращение.

3. В тех случаях, когда термический и микроанализ оказываются безуспешными, методами высокотемпературного рентгеновского исследования могут быть определены эвтектоидная или перитектоидная горизонтали. С этой Целью образцы после соответствующей предварительной термообработки

должны очень медленно нагреваться; параллельно, через малые интервалы температур должны сниматься рентгенограммы. При этом бывает необходимо перед действительной выдержкой отжигать образцы в течение длительного периода времени. Следовательно, можно сэкономить много времени, если конструкция применяемого прибора допускает удаление рентгеновской пленки из камеры и ее проявление без необходимости охлаждать образец. Это одно из преимуществ аппарата типа Оуэна. Если такого устройства нет, то можно вырезать более узкую пленку, чем нужно для камеры, и на одну пленку сделать несколько снимков, передвигая ее под темной покрышкой. Кроме того, пленку можно поместить в черный бумажный конверт, который позволит ее удалять из камеры без охлаждения печи.

Когда при высокотемпературной рентгеновской съемке используют короткие выдержки, температуру можно регулировать вручную реостатами или автотрансформаторами; этот метод контроля, возможно, является самым точным для периода экспозиции, потому что запись температуры через правильные промежутки времени позволяет точно вычислить среднюю температуру при съемке.

Для более длительных выдержек необходим автоматический контроль температуры. В связи с небольшим размером печи контроль оказывается здесь более трудным, чем температуры больших печей, описанных в главе 4. В камере Юм-Розери и Рейнольдса [153] дополнительная точность может быть достигнута при помощи двойной кольцевой термопары. В этой конструкции первая термопара платина-платинородиевая (13% родия) применяется для точного измерения температуры, а вторая термопара — хромель-алюмелевая — связана с регулятором температуры. Таким образом, более высокая э. д. с. регулирующей термопары обусловливает повышенную чувствительность, в то время как любое небольшое отклонение температуры показывает платиновая термопара, и по ее показаниям может быть отрегулирован контролирующий прибор. Другие камеры тоже имеют две соответственно расположенные термопары — одну - для регулировки температуры, другую — для ее измерения.

Часто бывает полезно при работе с маленькими печами, применяемыми в высокотемпературных камерах, увеличивать чувствительность контролирующего инструмента, уменьшая сопротивление цепи. Часть э. д. с. термопары может быть уравновешена потенциометрически, а оставшаяся часть

подается на контролирующий прибор для увеличения его чувствительности.

В высокотемпературной камере всегда необходимо измерить с большой точностью градиент температуры в образце. Падение температуры в центральной точке образца и градиент по его длине обычно вызываются теплопроводностью проволок термопары. Этот фактор может сильно сказываться из-за малого объема печи, и важно иметь термопару из проволочки по возможности меньшего диаметра.

Детальное исследование явлений перепада температуры в высокотемпературной камере было проведено Берри, Генри и Рейнором [161]. Согласно данным Пирсона, Базинского и Христиана [162], лучшие результаты получаются при использовании симметричных кольцевых термопар, помещенных у выхода каждой печи.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление