Мета: Метою викладення дисципліни є набуття студентами знань та навичок використання сучасних тонких методів дослідження мікроструктури та атомної будови сплавів, а також вирішення питань контролю якості матеріалів. Поряд із більш глибоким вивченням методу рентгеноструктурного аналізу передбачено опанування методів електронно-мікроскопічного дослідження матеріалів. Вивчення методів супроводжується аналізом результатів конкретних досліджень кристалічної будови та змін, що відбуваються у матеріалах під впливом технологічних обробок.

У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен

знати: основи теорії дифракції рентгенівських променів на досконалих кристалічних гратках; основні методи дослідження структури (рентгеноструктурний, рентгеноспектральний, електронографічний, електроннооптична мікроскопія, растрова електронна мікроскопія, термоелектронна емісійна мікроскопія та автоіонна мікроскопія); принципи роботи сучасних приладів для структурного аналізу; теоретичні та практичні можливості сучасних методів аналізу, актуальні проблеми і перспективи їх розвитку;практичне використання методів тонких досліджень в матеріалознавстві; знати методики приготування зразків для тонких досліджень металів.

вміти: грамотно обирати необхідні методи для тонких досліджень; використовувати сучасні методи для вирішення питань контролю якості матеріалів; проводити якісний та кількісний аналіз із відповідною обробкою результатів; вірно визначитися в одержаних кристалографічних характеристиках матеріалів; визначати хімічний склад структурних складових і розподілення хімічних елементів; розшифровувати інформацію, отриману на приладах тонких досліджень матеріалів та грамотно її використовувати при аналізі результатів.

Викладачі дисципліни: Степанова Любов Петрівна, Грабовський Володимир Якович, доценти кафедри «Фізичне матеріалознавство»

Опис навчальної дисципліни

Примітка.

Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної і індивідуальної роботи становить:

для денної форми навчання – 20%  до 80%

для заочної форми навчання – 8% до 92%

Розподіл балів, які отримують студенти

 Програма навчальної дисципліни

Змістовий модуль 1. Тонкі методи дослідження за допомогою рентгенівських променів.

Тема 1. Рентгенографічне дослідження текстури в металах і сплавах. Побудова полюсної фігури для визначення компонент текстури прокатки у сталі 08Ю.

Вступ(предмет, задачі, та зміст дисципліни) Утворення текстур та їх вплив на властивості матеріалу. Класифікація текстур і основні параметри, що характеризують текстуру. Рентгеноструктурний метод дослідження аксіальних текстур. Методика дослідження із використанням фотографічного методу. Вивчення текстур прокатки (обмежених текстур). Метод нахилу і повороту зразка (метод Шульца.)Визначення і аналіз текстури за допомогою полюсних фігур. Методика побудови полюсних фігур для визначення текстур прокатки із використанням безперервної зйомки текстурограм на дифрактометрі. Побудова ліній однакової інтенсивності. Аналіз полюсних фігур за допомогою стандартних стереографічних сіток Закса із набором різних кристалографічних орієнтацій відносно осі проекції. Кількісний аналіз компонент текстури із використанням полюсної густини розподілу інтенсивності рентгенівських променів.

Тема 2. Визначення орієнтації  монокристалів кубічної сингонії за методом Лауе.

Вимоги наукових дослідників та виробництва монокристалів щодо точного знання орієнтації кристалографічних площин і напрямків в кристалах. Способи одержання заданих орієнтацій. Використання суцільного спектра при одержанні лауеграм.Хід променів і схема зйомки за методом  Лауе. Побудова Евальда для монокристала. Одержання дифракційної картини на відбиття і просвічування (пряма і зворотна зйомки). Метод розрахунків лауеграм і епіграм. Встановлення зв’язку між рефлексами на лауеграмах і стереографічними проекціями площин. Використання сітки Вульфа. Стандартні сітки Закса. Визначення орієнтації кристалів відносно зовнішніх координатних осей. Знаходження кутів між координатними осями і основними кристалографічними напрямками.

Тема 3. Вивчення упорядкованих твердих розчинів в структурах сплавів.

Поняття упорядкованого твердого розчину на прикладах систем Cu – Zn,  Cu – Au, Fe –Al. Зображення упорядкованих твердих розчинів на діаграмах стану. Діаграми стану сталей з упорядкованими твердими розчинами на основі компонентів А і В. Діаграма стану системи з упорядкованим твердим розчином на основі хімічних сполук (фазові переходи І та ІІ роду). Рентгеноструктурний метод виявлення надструктури в сплавах.

Розрахунки структурної амплітуди для β – фази CuZn із ОЦК граткою. Визначення інтенсивності надструктурних ліній і побудова схеми рентгенограми. Розрахунки структурної амплітуди для упорядкованого твердого розчину γ΄-фази на основі хімічної сполуки Ni₃(Ti, Al) із ГЦК –граткою в жароміцних нікелевих сплавах та утворення антифазних границь при переміщенні дислокацій. Вплив упорядкування та утворення антифазних границь на властивості сплавів.

Змістовий модуль 2. Електронно-мікроскопічне дослідження тонкої структури металів.

Тема 1. Просвічувальна електронна мікроскопія та її використання для дослідження структури сталей та сплавів.

Переваги та сутність дослідження мікроструктури  в електронному випромінюванні. Принцип дії просвічувального електронного мікроскопа та хід променів в режимі зображення; Особливості роботи просвічувального електронного мікроскопа в режимі мікродифракції. Еспериментальне визначення збільшення (тарирування) та сталої приладу при електронно-мікроскопічному дослідженні. Спосіб розшифрування електронограми при відомому та невідомому значенні сталої приладу. Призначення та отримання темпольного зображення в електронному мікроскопі. Розгляд прикладів використання просвічувального електронного мікроскопа при вирішенні задач в матеріалознавстві.

Тема 2. Прилади та використання растрової електронної мікроскопії та рентгеноспектрального мікроаналізу в матеріалознавстві.

Принцип дії та специфіка призначення растрових електронних мікроскопів (РЕМ). Використання РЕМ для дослідження мікроструктури та зламів сталей та сплавів. Техніка отримання стереопар. Види зламів сталей та сплавів різних рівней легування. Рентгеноспектральний мікроаналіз (РСМА) та області його використання для якісної та кількісної оцінки перерозподілу легувальних елементів в структурних складових. Розгляд прикладів використання РЕМ та РСМА при вирішенні задач в матеріалознавстві.

Тема 3. Термоелектронна емісійна мікроскопія (ТЕЕМ) та її використання для дослідження металів.

Області використання та сутність методу ТЕЕМ. Устрій та принцип дії термоелектронного мікроскопу; електронно-оптична система, отримання та реєстрація зображення. Особливості приготування зразків та використання процесу активації. Утворення контрасту термоелектронних емісійних зображень для виявлення орієнтації кристалів, структури фаз, топографії поверхні, неметалевих включень. Вплив активатора на контраст зображення. Спостереження зростання зерен методом ТЕЕМ. Використання ТЕЕМ для досліджень ізотермічного перетворення аустеніту (перлітного та бейнітного). Спостереження процесу деформації та руйнування металів за допомогою ТЕЕМ. Перспективи використання методу ТЕЕМ для дослідження металів в майбутньому.

Тема 4. Автоіонна мікроскопія (АІМ) та її використання в матеріалознавстві.

Задачі, що вирішуються методом АІМ. Конструкція та принцип дії авто іонного проектора; сутність автоіонізації. Особливості випаровування полем. Взаємодія молекул газу з поверхнею емітера. Фактором, що обумовлюють роздільну здатність іонного проектора. Основи інтерпретації іонних зображень; точкові та лінійні дефекти кристалічної гратки; особливості контрасту та виявлення дефектів пакування в різних типах граток (ГЦК, ОЦК, ГПУ). Аналіз будови границь зерен та міжфазних границь за допомогою метода АІМ; структура малокутових, двійникових та довільних границь. Використання АІМ для дослідження мікроструктури стопів: процесів упорядкування, утворення сегрегацій, виділення вторинних фаз. Приклади застосування методу АІМ в матеріалознавстві.