Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών Εργαστηριακή Άσκηση 02 Μεταλλογραφική Παρατήρηση Διδάσκοντες: Δρ Γεώργιος Ι. Γιαννόπουλος Δρ Θεώνη Ασημακοπούλου Δρ ΘεόδωροςΛούτας Τμήμα Μηχανολογίας ΑΤΕΙ Πατρών Πάτρα 2011 1
Δομή Μετάλλων Δομή μετάλλων -> Κρυσταλλική Μεταλλικός δεσμός->μη προσανατολισμένος->κρυσταλλική δομή 2
Κρυσταλλική δομή Η κρυσταλλική δομή χαρακτηρίζονται από την περιοδική επαναληψιμότητα στην γεωμετρική ταξινόμηση των ατόμων τους Περιγράφεται με το κρυσταλλικό πλέγμα οι κόμβοι του οποίου καταλαμβάνονται από άτομα 3
Καθορισμός Κρυσταλλικής δομής Κρυσταλλικό πλέγμα Στοιχειώδης κυψελίδα a, b, c a,b, c = περίοδοι πλέγματος = παράμετροι πλέγματος 4
Ταξινόμηση κρυσταλλογραφικών συστημάτων Απλό κρυσταλλικό πλέγμα Εδροκεντρωμένο κρυσταλλικό πλέγμα Χωροκεντρωμένο κρυσταλλικό πλέγμα Μερικά εδροκεντρωμένο κρυσταλλικό πλέγμα 5
Κατάταξη βάσει Bravais 6
...Κατάταξη βάσει Bravais 7
...Κατάταξη βάσει Bravais 8
Υψηλή Πυκνότητα Μετάλλων Ενέργεια μεταλλικού δεσμού αρνητική Για να ελαττωθεί η ενεργειακή στάθμη των ατόμων σχηματίζουν δεσμούς με όσο το δυνατόν περισσότερα άτομα Τα μέταλλα σχηματίζουν δεσμούς με τέτοια κρυσταλλική δομή ώστε να περιέχουν τα άτομα με μέγιστη πυκνότητα Δομή μετάλλων = Μέγιστης Πυκνότητας 9
Κρυσταλλική δομή μετάλλων 1 10
Κρυσταλλική δομή μετάλλων 2 11
Κρυσταλλική δομή μετάλλων 3 12
Κρυστάλλωση Κρυστάλλωση: Μετάβαση ενός ρευστού υλικού σε στερεά κατάσταση με ελάττωση της θερμοκρασίας 13
...Κρυστάλλωση Διαδικασία πήξης ενός ρευστού μετάλλου & κραμάτων σε στερεούς κρυστάλλους Η ψύξη οδηγεί στην ελάττωση της κινητικής ενέργειας των ατόμων. Δημιουργούνται έτσι κρυσταλλικές δομές (ομοιογενείς πυρήνες) γύρω από τους οποίους προσκολλώνται και άλλα άτομα αναπτύσσοντας κρυστάλλους τυχαία προσανατολισμένους 14
Διαδικασία ψύξης a) Δημιουργία πυρήνων στειροποίησης (φύτρες) b) Άτομα έλκονται στις επιφάνειες των φύτρων και αναπτύσσονται κρύσταλλοι c) Δημιουργία κόκκων από κρυστάλλους κοινού προσανατολισμού d) Όρια κόκκων που εμφανίζονται στο μικροσκόπιο 15
Κρυσταλλικές ατέλειες Αποκλίσεις από τον ιδανικό κρύσταλλο, ως προς τη δομή και ως προς το φάσμα κατανομής των ηλεκτρικών φορτίων Οδηγούν σε υποβάθμιση των ιδιοτήτων των υλικών και τη διάδοση ρωγμών Σημειακές Γραμμικές Επιφανειακές Χωρικές 16
Σημειακές ατέλειες Εκείνες οι ατέλειες που περιορίζονται σε μικρό χώρο, τάξης μεγέθους ατόμου 17
Γραμμικές ατέλειες (μεταστάσεις ή καταναγκασμοί) Εκείνες οι ατέλειες που αναπτύσσονται κατά μήκος γραμμών Οφείλονται σε μεγάλες διαφορές τάσεων και θερμοκρασίας μέσα στην ύλη Το διάνυσμα Burgers εκφράζει το μέγεθος του καταναγκασμού 18
Βαθμιδωτός καταναγκασμός 19
Ελικοειδής καταναγκασμός 20
Μικτός καταναγκασμός 21
Επιφανειακές ατέλειες Ανήκουν στα όρια των κόκκων και στις διεπιφάνειες πολυφασικών υλικών Είναι πηγή συσσώρευσης ακαθαρσιών 22
Χωρικές ατέλειες Μακροσκοπικές ατέλειες που εκτείνονται σε τρεις διαστάσεις Ρωγμές Εγκλωβισμοί Συσσώρευσης ακαθαρσιών Ύπαρξη και άλλων φάσεων 23
Μονοκρυσταλλικά υλικά Αν το υλικό αποτελείται μόνο από έναν κρύσταλλο τότε ονομάζεται μονοκρυσταλλικό Παρουσιάζουν λιγότερες ατέλειες και έχουν πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες. Χρησιμοποιούνται σε ειδικές εφαρμογές όπως εργαλεία, κατασκευή πτερυγίων στροβιλομηχανών κλπ 24
Δενδρίτες Δημιουργούνται με ανάπτυξη κόκκων κατά τέτοιο τρόπο ώστε να μοιάζουν με δένδρα. Οσχηματισμός τους οφείλεται στο γεγονός ότι τα άτομα έχουν την τάση να προσκολλώνται σε θέσεις χαμηλότερης ενέργειας (περιοχές πυκνές σε άτομα) 25
Πειραματικό μέρος 1. Υλικό: Μαλακός χάλυβας 0.15%C, διαστάσεων περίπου 10mmx10mmx10mm 2. Κοπή Δείγματος: Η τομή του δείγματος γίνεται σε ειδική μηχανή κοπής με τροχό & σύστημα ψύξης (δισκοτόμος). Κοπτικό εργαλείο του δισκοτόμου είναι δίσκος που περιστρέφεται με 3000rpm 26
...Πειραματικό μέρος 3. Ενσωμάτωση με ρητίνες: Το δείγμα στη συνέχεια ενσωματώνεται με ρητίνες για εύκολη συγκράτηση στη μετέπειτα λείανση. Η ενσωμάτωση επιτυγχάνεται με ταυτόχρονη άσκηση πίεσης και θέρμανση του δοκιμίουρητινών σε ειδική πρέσα 27
...Πειραματικό μέρος 4. Προλείανση: Η προ λείανση πραγματοποιείται με ειδικά γυαλόχαρτα νερού (ντουκόχαρτα) στα λειαντικά μηχανήματα. Με τη λείανση γενικά επιδιώκεται η απομάκρυνση από τη διαταραγμένη επιφάνεια του μεταλλικού δείγματος όλων των ανωμαλιών, ώστε τελικά το παρασκεύασμα να απαλλαγεί και από ανωμαλίες. 28
...Πειραματικό μέρος Κατά τη προλείανση χρησιμοποιούνται ντουκόχαρτα SiC με σύγχρονη παροχή νερού για τη μη αύξηση θερμοκρασίας και για απομάκρυνση αποβλήτων Στροφή του δείγματος κατά 90 με χρήση ίδιου ντουκόχαρτο εξαφανίζει τις παλιές και δημιουργεί νέες χαραγές. Κάθε επόμενο ντουκόχαρτο πρέπει να διαθέτει τη μισή αποξεστική ικανότητα του προηγούμενου. Κάθε ντουκόχαρτο έχει ένα χαρακτηριστικό αριθμό που αντιστοιχεί σε καθορισμένη περιοχή αποξεστικής ικανότητας. 29
...Πειραματικό μέρος 5. Λείανση: Γίνεται με ειδικά υφάσματα σε περιστρεφόμενους δίσκους γαι την υποδοχή διαμαντόκοκκους της διαμαντόπαστας Χρησιμοποιείται ειδικό αλκοολούχο διάλυμα σαν ψυκτικό και βοηθητικό για ομοιόμορφο διασκορπισμό των διαμαντόκοκκων 6. Καθαρισμός μεταλλικού δείγματος: Καθαρισμός του μεταλλικού δείγματος σε υδατικό - αλκοολικό λουτρό. 30
...Πειραματικό μέρος 7. Χημική προσβολή: Η μεταλλική επιφάνεια ανακλά ισότροπα το φως-> απαιτείται η δημιουργία οπτικής αντίθεσης στην επιφάνεια του δοκιμίου με χημική προσβολή Χρησιμοποιείται νιτάλ (αλκοολικό διάλυμα νιτρικού οξέος με περιεκτικότητα 2% ΗΝ0 3 ). Η χημική προσβολή βοηθά στον προσδιορισμό: Ορίων κόκκων, επιφάνειας κόκκων, καταναγκασμών, χωρικών ατελειών, πλαστικών παραμορφώσεων. 31
...Πειραματικό μέρος 8. Παρατήρηση στο Μεταλλογραφικό Μικροσκόπιο: Το δείγμα Τοποθετείται στη κινητή τράπεζα του μικροσκοπίου και γίνεται παρατήρηση με διάφορους μεγεθυντικούς φακούς 32
...Πειραματικό μέρος Από την μεταλλογραφική παρατήρηση του χάλυβα προσδιορίζεται: Η σύσταση σε άνθρακα Η σκληρότητα Η πλαστική παραμόρφωση (εμφάνιση πλακοειδών αποθέσεων) Οι κόκκοι με την τραχύτερη επιφάνεια διαχέουν το φως και εμφανίζονται σκοτεινοί. 33