Виды физических методов исследования металлов
Металлы – это группа химических элементов, которые в виде простых веществ при нормальных условиях обладают характерными металлическими свойствами: ковкость, высокие электропроводность и теплопроводность, положительный температурный коэффициент расширения.
К физическим методам исследования металлов относятся:
- Магнитный анализ. Данный метод используется для исследования процессов, связанных с переходом из ферромагнитного состояния в парамагнитное и наоборот. Данный метод также позволяет дать количественную оценку процессам.
- Термический анализ. Данный метод основан на таком явлении как тепловой эффект.
- Дилатометрический метод.
Дилатометрический анализ
Дилатометрический метод исследования металлов заключается в определении изменения длины образцов при охлаждении и нагреве или при изотермической выдержки. Объемные изменения металлов и сплавов характеризует изменение длины образца. Однако, есть исключения, к которым относятся микрокристаллические образцы, обладающие сильно выраженной анизотропией коэффициента теплового расширения. К таким веществам относятся металлы с гексагональной кристаллической решеткой:
- кадмий,
- цинк,
- магний.
Основное преимущество дилатометрического анализа - независимость объемного эффекта, то есть точность процесса никак не зависит от продолжительности процесса охлаждения. Дилатометры отличаются своей малой инерционностью. Кроме устройства записи или наблюдения линейных изменений в дилатометре предусмотрен температурный контроль, потому что при металловедческом исследований определяется не только величина изменений по объему, но и температура, при которой они происходят. Дилатометрический метод исследования металлов применяется в том случае, когда требуется определить коэффициент теплового расширения и изучить фазовые превращения. При помощи дилатометрического анализа могут изучены такие процессы, как старение некоторых сплавов, закалка и отпуск стали и графитизация чугуна. Измерение объема или длины во времени при изотермических условиях позволяет исследовать кинетику превращений, потому что степень данных превращений пропорциональна изменению длины во времени. В том случае, когда в металле не происходит никаких фазовых превращений при изменении температуры, то их объем изменяется плавно. Но, если фазовые превращения имеют место быть, то длина убывает или растет скачкообразно. Например, переход перлита в аустенит сопровождается значительным сокращением объема, потому что у-железо и твердый раствор углерода обладают самым маленьким удельным объемом. Обратное течение данного процесса при охлаждении и переходе аустенита в мартенсит сопровождается существенным удлинением образца, потому что мартенсит обладает самым большим удельным объемом.
Термический анализ
Существуют следующие методы термического анализа:
- термогравиметрический – масса,
- термомеханический - линейный размер,
- диэлектрический термический - коэффициент потерь и диэлектрическая проницаемость,
- динамический механический - амортизация и механическая жесткость,
- анализ выделяемых газов,
- визуально-политермический - изменение формы,
- лазерно-импульсный - температурный профиль,
- термомагнитный - магнитные свойства,
- дифференциально-сканирующая калориметрия - теплота фазовых превращений,
- дифференциально-термический - температура фазовых превращений.
Последние два способа активно используются при исследовании металлов.
Дифференциально-термический метод – это метод исследования, который заключается в охлаждении или нагревании образца металла с определенной скоростью и записи зависимости по времени разницы температуры между исследуемым образцом и эталоном, который не претерпевает никаких изменений в установленном температурном интервале
Данный метод применяется для регистрации фазовых превращений в образце. В качестве эталона используется инертное вещество, которое с близкими по теплоемкости и теплопроводности к исследуемому металлу. Благодаря дифференциально-термическому методу можно установить смещение эффектов из-за внешнего воздействия; отсутствие или наличие фазовых превращений; характер течения процесса во времени; температуру конца и начала любого процесса, который способствует изменению баланса энергии в рассматриваемой системе.
При дифференциально-сканирующей калориметрии разница в количестве тепла, которое необходимо для увеличения температуры образца, и эталона, измеряется как функция температуры. Существуют два основных способа данного метода: калориметрия потока тепла, в котором тепловой поток постоянен; калориметрия с компенсацией мощности, при котором подвод мощности постоянен.
