книги из ГПНТБ / Качанов Н.Н. Рентгеноструктурный анализ (поликристаллов) практическое руководство

45,7 — содержание цинка в 0-фазе;

Ра — содержание а-фазы в сплаве; Рр — содержание 0-фазы в сплаве.

Тогда

^---8’7-6°145’7-40 = 41,5% Zn.

На практике часто таблицы гомологических пар составляются

экспериментально. Для этой цели приготовляют ряд тщательно пере­

мешанных смесей, содержащих различные, но точно известные соот­

ношения фаз. На рентгенограммах, снятых с этих смесей, находят;

пары линий, каждая из которых принадлежит соответствующей фазе. По этим парам и строят таблицы гомологических пар. При применении ^микрофотометра нет необходимости подбирать совпа­ дения интенсивностей линий. В этом случае достаточно найти отнр.

шение ;\ J 2 Однако следует иметь в виду, что пользование таблицей

гомологических пар, построенной подобным образом, дает надеж­ ные результаты только при оценке интенсивностей линий с помощью микрофотометра.

При исследовании смесей, состоящих из трех и более фаз. метод гомологических пар, как правило, неприменим, так как суммарное количество двух каких-либо фаз, линии которых сопоставляются, не равно 100%.

Для увеличения точности метода гомологических пар, особенно при малых содержаниях одной из фаз, следует применять специаль­

ные методы фокусировки каждой линии в отдельности или применять съемку на ионизационной рентгеновской установке, где обеспечи­ вается сохранение фокусировки линий в широком интервале углов.

112

В ряде случаев кривая, связывающая указанные отно­ шения, является прямой, характеризующейся определенным углом наклона, зависящим от свойств исследуемых в каждом случае ве­ ществ. Поэтому предварительное построение подобных градуи­

ровочных кривых является обязательным условием применения данного метода.

Метод независимого эталона. Если измельчение исследуемого вещества невозможно, применяется метод независимого эталона.

Вдоль цилиндрической поверхности образца укрепляется эталон в виде тонкой фольги, длина дуги которой равна а. Способ крепле­ ния эталона на образце значения не имеет. При съемке рентгено­ граммы образец 1 с эталоном 2 располагают так, чтобы первичные лучи скользили по образующей цилинд­

дуги эталона и, следовательно,

' где Тэт — время, в течение которого лучи освещали только эталон; Tu.gs — время, в течение которого лучи освещали только иско­

мую фазу.

Содержание искомой фазы Ри.ф находится по градуировочным

графикам, выражающим зависимость:

Ри. ф — / (ао)’

где ао — ширина фольги эталона, соответствующая совпадению интенсивностей линий, выбранных для сравнения.

По оси абсцисс откладывается количество искомой фазы Ри, <х»

■а

апо оси ординат — отношение —=---- .

При необходимости определить количество искомой фазы, в образце снимают несколько рентгенограмм, меняя при этом ширину

Используя метод независимого эталона, Я. С. Уманский и С. С. Хидекель проводили количественный фазовый анализ смеси

вольфрама и его карбидов WG и W2C, т. е. анализ смеси, состоящей из трех фаз. Это стало возможным благодаря тому, что для анализа по методу независимого эталона количество фаз, присутствующих в смеси, кроме эталона, не имеет значения. Для построения градуиро­ вочных графиков были составлены тщательно перемешанные эта­

В качестве эталонов для определения количества вольфрама

применялись: в смеси с карбидом WC — алюминиевая фольга [сравнивались линии (123) вольфрама и (224) алюминия], в смеси

сW2C — латунная фольга [сравнивались линии (123) вольфрама,

(024)и (133) латуни и (213) и (302) W2C].

Точность определения вольфрама в зависимости от его содержа­ ния в смеси была равна 0,5—2,0% абс.

Недостатки методов подмешивания и независимого эталона за­ ключаются в том, что возможно совпадение линий для исследуемого вещества и эталона. Кроме того, за счет появления линий и добавоч­ ного фона от эталона уменьшается интенсивность линий исследуе­ мой фазы, что значительно снижает используемый интервал почер­ нений.

Метод наложения. Определение концетрации компонентов по

этому методу производится визуальным сравнением почернения двух соседних линий на рентгенограмме, снятой с исследуемого образца,

с почернением тех же линий на рентгенограмме, полученной путем попеременного многократного экспонирования от двух свободных (не смешанных между собой) компонентов исследуемого сплава 1 (Л. С. Палатпик). Время каждой отдельной выдержки (ti и т2) при съемке отдельных компонентов должно быть очень малым.

Время всей экспозиции рентгенограммы наложения

где п — число циклов (должно быть достаточно большим, например

больше 50);

1 Такие рентгенограммы называются рентгенограммами наложения.

114

Ti, T2 — продолжительность экспозиции (цикла) первого и второго компонентов.

и рентгенограмм наложения необходимо обеспечить строгое постоян­ ство условий (одинаковое излучение, диаметр камеры, фильтры).

Преимуществом этого способа является возможность оценки состава сплава непосредственно после проявления рентгенограмм исследуемого образца. Фазовый анализ с помощью рентгенограмм наложения может проводиться двумя способами.

Первый способ состоит из следующих этапов:

1) визуально оценивается отношение интенсивностей двух вы­ бранных линий / = -ф- ;

я/2

2)подбирается рентгенограмма наложения, для которой интен­ сивности этих линий равны;

3)вычисляется величина

Из

е==ь_.е2_-

находят концентрации компонента,.а по формуле Сг = 100 — Ci —

концентрацию второго компонента.

Второй способ измерения состоит в подборе рентгенограммы наложения с отношением интенсивностей тех же выбранных линий, что и для исследуемого образца.

Концентрации в этом случае находят по тому же графику (фиг. 41),

Qi

Увеличение числа рентгенограмм наложения приводит к повы­ шению точности измерений. Скорость анализа можно значительно повысить, применяя острофокусные рентгеновские трубки.

Рассмотрим пример определения состава смеси Ag — Ni. Рент­ генограммы снимались на Fe-излучении. Проведено визуальное

Получено, что отношение интенсивностей .7311/^22и на рентгено­

при визуальной оценке интенсивности составляет 0,93, при изме­ рении интенсивности на микрофотометре — 0,98. С помощью графика

на фиг. 41, построенного в достаточно крупном масштабе, находим,

что GN1 = 30 ± 1 %.

Метод съемки без эталона. В ряде случаев для фазового анализа применяют съемку без эталонов. Например для увеличения точности измерения количества остаточного аустенита в стали применяют

метод измерения интенсивности линий. Метод основан па том, что

116

соотношение между интенсивностями линий мартенсита и аустенита па рентгенограмме связано с соотношением объемных количеств этих фаз. Измерение интенсивности может проводиться путем изме­ рения высоты максимума на микрофотограммах или кривых интен­ сивности.

Определение состоит из следующих этапов:

2.Определяем интенсивности линий мартенсита и аустенита на рентгенограмме (J).

3.Находим отношение-^ для каждой линии.

следовательно, отношение объемных содержаний мартенсита и аусте­ нита в стали тоже 9,5..

Точность определения^ остаточного аустенита описанным мето­ дом в ряде случаев превышает точность очень трудоемкого металло­ графического метода случайных секущих. Для иллюстрации

117

Чтобы определить тип твердого раствора (твердый раствор за­ мещения, вычитания, внедрения), необходимо определить размеры элементарной ячейки (периода решетки) и по плотности твердого раствора' (сплава) q вычислить общее число атомов п, приходящееся на элементарную ячейку.

При этом используют следующее положение: если вычисленное число атомов п совпадет с нормальным числом атомов по в решетке данной кристаллической системы, то раствор построен по типу за­

Для объемноцентрированной кубической решетки по = 2; для гранецентрированной кубической решетки по = 4; для гексаго­

нальной плотно упакованной решетки по — 2.

Число атомов в элементарной ячейке определяется по формуле

1,65 • 1(Г24 — условная масса атома водорода (~- массы атома

\ 10

кислорода); Аср — средний атомный вес сплава.

Если состав сплава задан в атомных процентах, то

118

Твердый раствор азота в a-железе имеет объемноцентрированную решетку и, следовательно, по — 2.

Так как приведенный расчет показывает, что п > по, то можно сделать вывод, что твердый ррствор азота в a-Fe построен по типу

внедрения.

Рентгепоструктурное исследование плотности основано на су­ ществовании следующего соотношения между плотностью р в г/см3,

Атомный вес вещества может быть такя№ определен из уравнения (69). Для иллюстрации точности измере­

ния А (соответствующей точности измерения р при известном значе­ нии А) в табл. 29 приведены значения А для нескольких материалов, определенные рентгеновским и химическим методами.

Измерение плотности материала может служить для определения типа твердого раствора, проверки правильности химической фор­ мулы вещества и др.

119

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ФАЗ

Важной задачей фазового анализа сплавов является также опре­ деление состава фаз (твердых растворов).

Например, при исследовании закаленной стали часто предста­ вляют интерес данные о количестве углерода, растворенного в мар­

размеры элементарных ячеек решеток находятся в зависимости от количества растворенного в них другого компонента (например углерода в а-железе).

Сведения о составе фаз могут дать представления о многих важ­ ных явлениях, сопровождающих технологические процессы.

Пусть, например, после закалки углеродистой стали, содержащей около 1,2% С, оказалось, что в мартенсите растворено около 0,6% С. Очевидно, что оставшаяся часть углерода оказалась нерастворенпой,

т. е. связанной в виде карбида РезС. На этом основании можно сде­ лать следующие предположения: либо температура нагрева под

закалку, либо выдержка при этой температуре, либо, наконец, и температура, и выдержка недостаточны для полного растворения

карбидов. Изучая затем изменения состава мартенсита в зависи­ мости от температуры, а также от выдержки, можно установить "за­ кономерность растворения карбидое и выбрать наиболее правильный режим закалки.

Определение содержания углерода в мар­ тенсите и аустените основано на зависимости периодов их решеток от количества растворенного в них углерода.

Исследованиями Г. В. Курдюмова и его сотрудников показано,

что период решетки мартенсита находится в следующей зависимости

О

где ао = 3,564 А — период решетки чистого у-железа при нормаль­ ной температуре.

Необходимо иметь в виду, что соотношения (70), (71) справед­ ливы только для углеродистых сталей. В сталях, содержащих,

320

кроме углерода, и легирующие элементы, возможно изменение пе­ риодов решеток твердых растворов как за счет растворения угле­ рода, так и за счет растворения легирующих элементов.

мартенсита, пользуясь указанными зависимостями, можно найти количество содержащегося в нем углерода. Измерение периодов решетки при этом должно производиться прецизионными методами, изложенными ранее.

Так как превращение аустенита в мартенсит является бездиффузионным, то, очевидно, количество содержащегося в мартенсите

углерода равно количеству углерода, содержавшегося в аустените перед закалкой.

Для определения состава мартенсита и аустенита в сталях дру­ гих марок необходимо предварительно найти экспериментально зависимость периодов решеток от суммарного влияния растворен­ ных элементов.

В табл. 30 приведены данные об изменении периода решетки

феррита при растворении в нем 1% легирующего элемента.

Фиг. 43. Зависимость ширины дуб­ лета [(122)—(211) (121)] мартенсита от содержания углерода.

Из приведенных в табл. 30 данных видно, что при определении'

периодов решетки мартенсита легированных и особенно высоко­

легированных сталей необходимо учитывать влияние легирующих элементов.

Определение концетрации бинарных твердых растворов также

основано на зависимости периода решетки растворителя от содержа-

121