Лабораторная работа №2 «АНАЛИЗ СОСТАВА КОМПОЗИТА С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫАНАЛИЗА
ИЗОБРАЖЕНИЙ МИКРОСТРУКТУРЫМАТЕРИАЛА»
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ ФАЗОВОГО СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫКОМПОЗИТА Al-SiCP В ЗОНЕ СВАРКИ ДЕТАЛИ
В результате технологической переработки заготовки из композиционного материала, армированного частицами, в изделие структура композита может значительно измениться. На рис. 1 показано, какие изменения произошли в структуре металлокомпозита, армированного керамическими частицами SiC, в зоне торцевой сварки трением данного материала с алюминиевым сплавом АМг6. Сварка трением производится путем относительного сдвига (поворота) в течение нескольких секунд прижатых друг к другу под давлением цилиндрических заготовок и осуществляется в твердой фазе. При интенсивном трении имеет место нагрев, пластифицирование металла в зоне контакта, частичное перемешивание и схватывание наружных слоев материалов. При этом наблюдается измельчение включений SiC и Si, вытеснение пластифицированных металлов из области сварки. Одновременно в зоне шва происходит частичная переориентация частиц SiC в направлении трения (в направлении сварного шва). В итоге формируется новая структура композита.
По описанной ниже методике можно изучить и количественно описать изменение фазового состава и структуры материала при торцевой сварке трением разнородных материалов. В частности, легко установить, что ориентация частиц SiC в зоне шва становится предпочтительной в диапазоне значений углов 75-85 град, а объемная доля наполнителя уменьшается.
 (а)
|  (б)
|
 (в)
| |
| Рис. 1. Макро- (а) и микроструктура (б,в) сварного соединения Al-сплава АМг6 и алюмоматричного композита |
Задание на исследование
1. Изобразить схему процесса и показать макро- строение сварного соединения.
2. Описать на микро- уровне особенности структуры (доли фаз, размеры и ориентации керамических частиц, пористость и др.особенности структуры) литого алюмоматричного композита, армированного керамическими частицами SiC, на расстоянии 500 мкм от линии (плоскости) шва.
3. Оценить изменения в структуре композита, возникающие в зоне соединения сваркой трением этого материала с другим алюминиевым сплавом.
4. Изучить и описать микроструктуру алюмопенокомпозита, полученного вспениванием жидкометаллической суспензии Al-SiCp.
Наблюдение и принципы световой микроскопии.
1. Визуальное наблюдение
Человеческий глаз является природным инструментом, позволяющим строить изображение и собирать информацию. К сожалению, он имеет ряд ограничений:
a) глаз воспринимает электромагнитное излучение лишь в узком диапазоне длин волн, называемом диапазоном видимого света;
b) он не способен строить изображение, если интенсивность сигнала ниже некоторого минимально необходимого уровня;
c) глаз имеет ограниченное пространственное разрешение и без помощи лупы или микроскопа не способен различить две точки, расстояние между которыми меньше некоторой величины.
Глаз видит лишь в довольно узком диапазоне длин волн от 0,4 до 0,7 мкм, что соответствует цветовому интервалу от темно-красного до фиолетового. Максимальной чувствительностью он обладает к зеленому цвету длиной волны 0,56 мкм, соответствующей излучению ртутной лампы. Как следствие, в оптических микроскопах для построения монохромного изображения часто используют зеленые фильтры. Экраны просвечивающих и сканирующих электронных микроскопов также обычно имеют зеленый цвет.
Глаз имеет время запоминания приблизительно 0,1 секунды. Для построения изображения в течение этого времени на сетчатку должно попасть достаточное количество фотонов. В абсолютной темноте глаз способен регистрировать единичные фотоны света. Однако для достижения максимальной чувствительности глаз должен находиться в темноте достаточно долго (это называют темновой адаптацией). После темновой адаптации он регистрирует примерно каждый второй фотон зеленого цвета, и статистически достоверное изображение формируется, если от каждой разрешаемой точки (пикселя) изображения поступает приблизительно 100 фотонов. В принципе, это справедливо и для приборов ночного видения, но они могут строить изображение в течение большего времени, и поэтому могут работать при более низкой освещенности.
Способность различать две отдельные точки называют разрешающей способностью. В случае глаза она определяется апертурой (угловым размером) зрачка и расстоянием до рассматриваемого предмета. Понятие разрешающей способности было введено лордом Рэлеем, который связал его с угловым размером изображения точечного источника. Диаметр изображения точечного источника описывается формулой
d = 1,2l / n sina, где l - длина световой волны, 2a - апертура зрачка и n – коэффициент преломления среды. По Рэлею, две точки могут быть разрешены, если максимум интенсивности изображения одной из них совпадает с первым минимумом интенсивности второй. Таким образом, в соответствии с критерием Рэлея разрешающая способность равна радиусу изображения точечного источника d.
Диаметр зрачка равен приблизительно 6 мм. Особенностью человеческого зрения является то, что не удается полностью сосредоточиться на объекте, если он находится слишком близко от глаза. Так называемое расстояние удобного чтения равно примерно 150 мм. Таким образом, для глаза значение sina равно примерно 0,02. При использовании зеленого света длиной 0,56 мкм при n=1 (на воздухе) на основании критерия Рэлея получаем оценку dглаз » 0,2 мм. Следовательно, невооруженный взгляд позволяет различать детали размером в несколько десятых миллиметра. Глаз способен одновременно регистрировать примерно 106 точек изображения, что соответствует предмету размером приблизительно 20 см, если он расположен на расстоянии удобного чтения (сравните с шириной этой страницы!).