Mikroyapı - Microstructure - Wikipedia

Metallografiya metallurgga metallarning mikroyapısını o'rganishga imkon beradi.
Gipsning dendritik tuzilishini ko'rsatadigan bronza mikrografiyasi
Al -Si mikroyapı

Mikroyapı 25 × kattalashtirishdan yuqori bo'lgan optik mikroskop tomonidan aniqlangan materialning tayyorlangan sirtining tuzilishi sifatida tavsiflangan materialning juda kichik o'lchamdagi tuzilishi.[1] Materialning mikroyapısı (masalan: metallar, polimerlar, keramika yoki kompozitsiyalar ) mustahkamlik, pishiqlik, egiluvchanlik, qattiqlik, korroziyaga chidamlilik, yuqori / past haroratlarda ishlash yoki aşınmaya qarshilik kabi jismoniy xususiyatlarga kuchli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Ushbu xususiyatlar o'z navbatida ushbu materiallarning sanoat amaliyotida qo'llanilishini boshqaradi.

Ko'rish mumkin bo'lganidan kichikroq o'lchamdagi mikroyapı optik mikroskoplar tez-tez chaqiriladi nanostruktura, Alohida atomlar joylashgan struktura esa ma'lumki kristall tuzilishi. Biologik namunalarning nanostrukturasi deyiladi ultrastruktura. Mikroyapının materialning mexanik va fizik xususiyatlariga ta'siri birinchi navbatda tuzilishdagi yoki mavjud bo'lmagan turli xil nuqsonlar bilan boshqariladi. Ushbu nuqsonlar turli shakllarda bo'lishi mumkin, ammo birinchisi teshiklardir. Agar bu teshiklar materialning xususiyatlarini aniqlashda juda muhim rol o'ynasa ham, uning tarkibi ham shundaydir. Aslida, ko'plab materiallar uchun turli xil fazalar bir vaqtning o'zida mavjud bo'lishi mumkin. Ushbu fazalar turli xil xususiyatlarga ega va agar ular to'g'ri boshqarilsa, materialning sinishini oldini olish mumkin.

Usullari

Mikroyapı tushunchasi oddiy ob'ektlardagi makrostrukturaviy xususiyatlarda kuzatiladi. Galvanizlangan masalan, chiroq ustuni yoki yo'lni ajratuvchi korpus kabi po'lat turli xil kulrang yoki kumush rangdagi bir-biriga bog'langan ko'pburchaklarning bir xil rangdagi patchworkini namoyish etadi. Har bir ko'pburchak bitta kristaldir rux ostidagi po'lat yuzasiga yopishib olish. Rux va qo'rg'oshin oddiy ko'z bilan ko'rinadigan yirik kristallar (donalar) hosil qiluvchi ikkita oddiy metaldir. Har bir don tarkibidagi atomlar ettita 3d stakirovka tartibidan biriga bo'lingan yoki kristall panjaralar (kubik, tetraedral, olti burchakli, monoklinik, triklinik, romboedral va ortorombik). Matritsalarni tekislash yo'nalishi qo'shni kristallar o'rtasida farq qiladi va galvanizli yuzada bir-biriga bog'langan donalarning har bir taqdim etilgan yuzining farqlanishiga olib keladi. O'rtacha don miqdori ishlov berish shartlari va tarkibi bilan boshqarilishi mumkin va ko'pgina qotishmalar ko'zga ko'rinmaydigan juda kichik donalardan iborat. Bu materialning mustahkamligini oshirish uchun (qarang Hall-Petchni kuchaytirish ).

Mikroyapı xarakteristikalari

Mikroyapılık xususiyatlarini aniqlash uchun, ham morfologik, ham moddiy xususiyat tavsiflanishi kerak. Rasmni qayta ishlash - bu hajm fraktsiyasi, masalan, morfologik xususiyatlarni aniqlash uchun mustahkam usuldir.[2] qo'shilish morfologiyasi,[3] bo'sh va kristalli yo'nalishlar. Mikrograflarni olish uchun odatda optik va elektron mikroskopiya qo'llaniladi. Moddiy mulkni aniqlash uchun Nanoindentatsiya an'anaviy sinovlarni amalga oshirish mumkin bo'lmagan mikron va submikron darajalaridagi xususiyatlarni aniqlashning mustahkam uslubidir. Uzatishni sinash yoki dinamik mexanik tahlil (DMA) kabi an'anaviy mexanik sinovlar faqat mikroyapı xususiyatlarini ko'rsatmasdan faqat makroskopik xususiyatlarni qaytarishi mumkin. Shu bilan birga, nanoindentatsiya bir hil va bir hil bo'lmagan materiallarning mahalliy mikroyapı xususiyatlarini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.[4] Mikroyapıları yuqori tartibli statistik modellar yordamida ham tavsiflash mumkin, ular orqali tasvirlardan murakkab statistik xususiyatlar to'plami olinadi. Keyinchalik, ushbu xususiyatlardan boshqa har xil stoxastik modellarni ishlab chiqarish uchun foydalanish mumkin.[5][6][7]

Mikroyapı ishlab chiqarish

Kompyuter tomonidan simulyatsiya qilingan mikroyapılar haqiqiy mikroyapıların mikroyapı xususiyatlarini takrorlash uchun ishlab chiqarilgan. Bunday mikroyapılar sintetik mikroyapılar deb nomlanadi. Sintetik mikroyapılar ma'lum bir xususiyat uchun qanday mikroyapılık xususiyatini o'rganish uchun ishlatiladi. Yaratilgan va haqiqiy mikroyapıların statistik tengligini ta'minlash uchun mikroyapılar haqiqiy mikroyapı statistikasına mos keladigan tarzda ishlab chiqarilganidan keyin o'zgartiriladi. Bunday protsedura statistik jihatdan bir xil bo'lgan (statistikasi bir xil), ammo stoxastik jihatdan farq qiladigan (har xil konfiguratsiyaga ega) kompyuter simulyatsiyasi qilingan mikroyapılarning nazariy jihatdan cheksiz sonini yaratishga imkon beradi.[3][8]

Kompozit materiallarning kompyuter simulyatsiyasi mikroyapısı[3]

Teshiklar va kompozitsiyaning ta'siri

Mikroyapıdaki gözenek, agar kerak bo'lmasa, xususiyatlar uchun kamchilikdir. Darhaqiqat, deyarli barcha materiallarda gözenek materialning yorilishi uchun boshlang'ich nuqta bo'ladi. Bu yoriqlar uchun boshlang'ich nuqtadir. Bundan tashqari, odatda teshikdan xalos bo'lish juda qiyin. Keyinchalik tavsiflangan ushbu usullar yuqori harorat jarayonini o'z ichiga oladi. Biroq, hatto o'sha jarayonlar ba'zida teshikni yanada kattalashtirishi mumkin. Katta koordinatsion raqamga ega bo'lgan teshiklar (ko'plab zarrachalar bilan o'ralgan) issiqlik jarayonida o'sishga moyildir. Bunga issiqlik energiyasining zarralar o'sishi uchun harakatlantiruvchi kuchga aylanishi sabab bo'ladi, bu esa teshikning o'sishiga olib keladi, chunki yuqori koordinatsiya raqami teshikka qarab o'sishni taqiqlaydi. bir vaqtning o'zida bir nechta fazalar mavjud bo'lishi diagrammasi. Ushbu turli xil fazalar turli xil kristall tuzilishini namoyish qilishi mumkin, shuning uchun turli xil mexanik xususiyatlar mavjud.[9] Bundan tashqari, ushbu turli fazalar, shuningdek, boshqa mikroyapı (don hajmi, yo'nalish) ni namoyish etadi.[10] Bu shuningdek, ba'zi bir mexanik xususiyatlarni yaxshilashi mumkin, chunki yorilish burilishlari sodir bo'lishi mumkin va shu bilan yakuniy buzilish yanada kuchayadi, chunki u qo'polroq mikroyapıda yanada qattiqroq yorilish yo'lini yaratadi.[11]

Yaxshilash texnikasi

Ba'zi hollarda, materialni qayta ishlash usulini o'zgartirish shunchaki mikroyapıya ta'sir qilishi mumkin. Masalan, TiAl6V4 titanium qotishmasi.[12] Uning mikroyapısı va mexanik xususiyatlari SLM yordamida yaxshilanadi (selektiv lazer yordamida eritish), bu kukun yordamida 3D bosib chiqarish texnikasi va yuqori quvvatli lazer yordamida zarralarni eritish.[13] Mikroyapıyı yaxshilash uchun boshqa an'anaviy usullar termal jarayonlardir.[14] Ushbu jarayonlar haroratning ko'tarilishi gözeneklerin kamayishiga yoki yo'q qilinishiga olib keladi degan printsipga asoslanadi.[15] Issiq izostatik presslash (HIP) - bu metallarning g'ovakliligini kamaytirish va ko'pchilik zichligini oshirish uchun ishlatiladigan ishlab chiqarish jarayoni. seramika materiallar. Bu materialning mexanik xususiyatlarini va ish qobiliyatini yaxshilaydi.[16] HIP jarayoni kerakli materialni izostatik gaz bosimiga va yopiq idishda yuqori haroratga (yuqori bosim) ta'sir qiladi. Ushbu jarayon davomida asosan Argon ishlatiladi. Gaz va namuna o'rtasida hech qanday reaktsiya sodir bo'lmasligi uchun kimyoviy kimyoviy inert bo'lishi kerak. Bosim oddiygina germetik muhrlangan idishga issiqlikni qo'llash orqali erishiladi. Shu bilan birga, ba'zi tizimlar, shuningdek, zarur bo'lgan bosim darajasiga erishish uchun gaz nasoslarini jarayonga bog'lashadi. Materiallarga qo'llaniladigan bosim teng va har tomondan kelib chiqadi (shuning uchun "izostatik" atamasi).[17] To'qimalarni HIP bilan ishlaganda, issiqlik va bosimning bir vaqtning o'zida qo'llanilishi plastik deformatsiya, suzib yurish va diffuziya birikmasi birikmasi orqali ichki bo'shliqlarni va mikroporozitni yo'q qiladi; bu jarayon komponentning charchoqqa chidamliligini yaxshilaydi.[18]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ ASM Metals Handbook, to'qqizinchi nashr, 9-son, "Metallografiya va mikroyapılar", Amerika Metalllar Jamiyati, Metals Park, OH, 1985, p. 12.
  2. ^ https://www.researchgate.net/publication/279771139_Uncorrelated_volume_element_for_stochastic_modeling_of_microstructures_based_on_local_fiber_volume_fraction_variation
  3. ^ a b v https://www.researchgate.net/publication/305803249_Characterization_synthetic_generation_and_statistical_equivalence_of_composite_microstructures
  4. ^ https://www.researchgate.net/publication/292208855_Length-scale_dependence_of_variability_in_epoxy_modulus_extracted_from_composite_prepreg
  5. ^ Tahmasebi, Pejman (2018-02-20). "Murakkab materiallarda mikroyapıların aniq modellenmesi va baholanishi". Jismoniy sharh E. 97 (2): 023307. doi:10.1103 / PhysRevE.97.023307. PMID  29548238.
  6. ^ Tahmasebi, Pejman (2018). "Slanets namunalari uchun nanokkal va multiresolution modellari". Yoqilg'i. 217: 218–225. doi:10.1016 / j.fuel.2017.12.107.
  7. ^ Tahmasebi, Pejman; Sahimi, Muhammad (2018-06-29). "Murakkab taneli materiallarni modellashtirish uchun stoxastik ko'p o'lchovli algoritm". Donador materiya. 20 (3). doi:10.1007 / s10035-018-0816-z. ISSN  1434-5021. S2CID  85549903.
  8. ^ Tahmasebi, Pejman (2018-02-20). "Murakkab materiallarda mikroyapıların aniq modellenmesi va baholanishi". Jismoniy sharh E. 97 (2). doi:10.1103 / physreve.97.023307. ISSN  2470-0045. PMID  29548238.
  9. ^ Oberwinkler, B., Ti-6Al-4V ning charchoq yorilishining o'sish xatti-harakatlarini don hajmi va stress nisbatlarini hisobga olgan holda modellashtirish. Materialshunoslik va muhandislik: A 2011, 528 (18), 5983-5992.
  10. ^ Sieniawski, J .; Ziaja, V.; Kubiak, K .; Motyka, M., Ikki fazali titaniumli qotishmalarning mikroyapısı va mexanik xususiyatlari. Titan qotishmalari-mulkni boshqarish bo'yicha yutuqlar 2013, 69-80.
  11. ^ Nalla, R .; Boyz, B .; Kempbell, J .; Piters J.; Ritchie, R., Mikroyapıların Ti-6Al-4V ning yuqori tsiklli charchoqqa ta'siri: bimodal va boshqalar. Metallurgiya va materiallar bilan operatsiyalar A 2002, 33 (13), 899-918.
  12. ^ Genriklar, V. A. R.; Campos, P. P. d .; Qohira, C. A. A.; Bressiani, J. C., kukunli metallurgiya bilan zamonaviy aerokosmik tizimlar uchun titanium qotishmalar ishlab chiqarish. Material tadqiqotlari 2005, 8 (4), 443-446.
  13. ^ Krut, J.-P .; Mercelis, P.; Van Vaerenbergh, J.; Froyen, L .; Rombouts, M., Lazerli sinterlash va selektiv lazer bilan eritishda bog'lanish mexanizmlari. Tezkor prototiplar jurnali 2005, 11 (1), 26-36.
  14. ^ Murr, L .; Xinones, S .; Gaytan, S .; Lopez, M .; Rodela, A .; Martines, E .; Ernandes, D .; Martines, E .; Medina, F.; Wicker, R., biotibbiyot uchun tez qatlamli ishlab chiqarish natijasida hosil bo'lgan Ti-6Al-4V mikroyapısı va mexanik harakati. Biomedikal materiallarning mexanik xatti-harakatlari jurnali 2009, 2 (1), 20-32.
  15. ^ Kasperovich, G.; Hausmann, J., Tanlab lazer yordamida eritilgan TiAl6V4 ning charchoqqa chidamliligi va egiluvchanligini oshirish. Materiallarni qayta ishlash texnologiyasi jurnali 2015, 220, 202-214.
  16. ^ Lin, C. Y .; Virtz, T .; LaMarca, F.; Hollister, S. J., topologiyani optimallashtirilgan titanli lazer yordamida eritish jarayonida to'qilgan tanalararo termoyadroviy qafasning strukturaviy va mexanik baholari. Biomedikal materiallarni tadqiq qilish jurnali A qismi 2007, 83 (2), 272-279.
  17. ^ Leuders, S .; Tone, M .; Rimer, A .; Niyendorf, T .; Tröster, T .; Richard, H.; Maier, H., tanlab lazer yordamida eritish orqali ishlab chiqarilgan TiAl6V4 titanium qotishmasining mexanik harakati to'g'risida: Charchoqqa chidamliligi va yoriqlarning o'sish ko'rsatkichlari. Xalqaro charchoq jurnali 2013, 48, 300-307.
  18. ^ Larker, H. T .; Larker, R., Issiq izostatik presslash. Materialshunoslik va texnologiya 1991 yil.

Tashqi havola

  • Bilan bog'liq ommaviy axborot vositalari Mikroyapı Vikimedia Commons-da