Материал: Спектр. анал.

Блеск – способность поверхности металла и сплава направленно отражать световой поток.

Плотность – масса единицы объема металла или сплава. Величину, обратную плотности, называют удельным объемом.

Температура плавления – это температура, при которой металл или сплав целиком переходит в жидкое состояние.

Теплопроводность – количество теплоты, проходящее в секунду через сечение в 1см², когда на расстоянии в 1см изменение температуры составляет в 1⁰С.

Теплоемкость – количество теплоты, необходимой для повышения температуры тела на 1⁰С.

Электрическая проводимость – величина, обратная электрическому сопротивлению. Под удельным электрическим сопротивлением понимают электрическое сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения в 10^-6м² при пропускании по нему электрического тока.

К магнитным свойствам металлов и сплавов относятся: начальная магнитная проницаемость, максимальная магнитная проницаемость, коэрцитивная сила, намагниченность насыщения, индукция насыщения, остаточная магнитная индукция, точка Кюри, петля гистерезиса.

При помещении стального образца в магнитное поле возникающая в нем магнитная индукция (b) является функцией напряженности магнитного поля (Н_m).

Намагниченность (М) пропорциональна напряженности магнитного поля. Эти величины связаны между собой коэффициентом , который называется магнитной восприимчивостью стали или сплава.

(1)

Между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля существует аналитическая связь

(2)

где - магнитная проницаемость вакуума.

Для ферромагнетиков (сплавов, способных намагничиваться до насыщения в малых магнитных полях) , где- коэффициент магнитной проницаемости.

При намагничивании ферромагнитных материалов (стали, полученные соединением ферромагнетиков с парамагнетиками) намагниченность сначала плавно возрастает, потом резко повышается и постепенно достигает насыщения. При уменьшении напряженности магнитного поля Н_m после намагничивания и реверсирования (изменение направления поля) его кривая изменения индукции образует замкнутую петлю. Эта петля называется петлей гистерезиса.

Основными параметрами начальной кривой и петли гистерезиса являются остаточная индукция b_r, коэрцитивная сила Н_с, напряженность насыщающего поля Н_н и намагниченность насыщения М_s. По начальной кривой определяется кривая магнитной проницаемости, в которой основными точками являются начальная магнитная проницаемость и максимальная магнитная проницаемость.

Наибольшее значение индукции на петле гистерезиса называется индукцией насыщения .

Ферромагнетики при нагреве до определенной температуры переходят в парамагнитное состояние (в состояние с малой магнитной восприимчивостью). Эта температура называется точкой Кюри. Точка Кюри определяется в основном химическим составом сплава или стали и не зависит от давлений, напряжений и других факторов.

Все характеристики ферромагнитных материалов можно разделить на структурно нечувствительные и структурно чувствительные. К структурно нечувствительным характеристикам относятся точка Кюри, намагниченность насыщения, зависящие от произвольной намагниченности, к структурно чувствительным – магнитная проницаемость, остаточная индукция и коэрцитивная сила.

Структурно нечувствительные характеристики ферромагнитных материалов зависят в основном от химического состава и числа фаз и практически не зависят от кристаллической структуры, размера частиц зерна металла. Следовательно, измерение точки Кюри, намагниченности насыщения и т.д. необходимо для качественного фазового анализа стали и сплава.

Измерение структурно чувствительных характеристик необходимо при изучении структурных изменений в сплавах и сталях при термической или механической обработке.

Магнитная проницаемость, коэрцитивная сила и остаточная индукция изменяются при обработке сплавов и сталей. Расширение при нагревании изделий из сталей и сплавов – изменение размеров и формы зерен, характеризуется температурными коэффициентами объемного расширения и линейного расширения. Расширение при нагревании в интервале температур фазовых превращений сталей и сплавов характеризуется коэффициентом линейного расширения отдельных фаз. Внутренние (фазовые и структурные) превращения в металлах и сплавах характеризуются изменением объема, линейных размеров и коэффициента расширения. При фазовых превращениях в металлах и сплавах происходит выделение или поглощение скрытой теплоты превращения, изменяется теплоемкость изделия. Поэтому при изменении структуры металла или сплава, нагреваемого или охлаждаемого с постоянной скоростью, могут появиться отклонения от нормальной кривизны на кривых изменения температуры по времени. По этим кривым, называемым термическими кривыми, определяют температуру (температурный интервал) превращения.

1.3. Механические свойства металлов и сплавов

Твердость – это свойство металлов и сплавов оказывать сопротивление местной пластической деформации или хрупкому разрушению в поверхностном слое в определенных условиях испытания.

Упругость – свойство металлов и сплавов восстанавливать первоначальные размеры и объем после снятия нагрузки.

Прочность – свойство металлов или сплавов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, неравномерные температурные, магнитные, электрические и другие поля). Прочность характеризуется пределом текучести и временным сопротивлением. Существуют два вида предела текучести: физический и условный.

Временное сопротивление - напряжение, которое соответствует максимальной нагрузке, выдерживаемой образцом до разрушения.

Пластичность – свойство металла или сплава под действием внешних нагрузок изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после снятия этих нагрузок. Пластичность характеризуется относительным удлинением и сужением образца при механических испытаниях.

Вязкость – свойство металла или сплава необратимо поглощать энергию при их пластическом деформировании. Вязкость непосредственно не измеряется, но косвенным показателем ее является ударная вязкость.

Ударная вязкость – механическая характеристика, оценивающая работу разрушения надрезанного образца при ударном изгибе на маятниковом копре.

Хрупкость – способность твердых тел разрушаться при механических воздействиях без заметной пластической деформации.

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в условиях трения.

Сопротивление усталости – свойство материала противостоять усталости (усталость – процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин и разрушению).

Ползучесть – свойство металлов и сплавов медленно пластически деформироваться под действием нагрузки. Ползучесть определяется пределом ползучести – напряжением, которое за определенное время при данной температуре вызывает заданное суммарное удлинение или заданную скорость деформации.

Глава 2. Физические основы Спектрального анализа

В основе спектрального анализа лежит изучение света, который излучается или поглощается анализируемым веществом. Выделяют 2 основных метода анализа:

Эмиссионные методы – изучение спектра света, испускаемого веществом.

Абсорбционные методы – изучение спектра света, прошедшего через анализируемое вещество.

Для того чтобы вещество излучало свет, его надо перевести в возбужденное состояние, т.е. надо сообщить ему дополнительную энергию.

Свет, излучаемый твердыми телами или жидкостями, очень мало зависит от химического состава, поэтому не может быть использован для анализа. Свет, излучаемый веществом в газообразном состоянии, определяется химическим составом этого вещества. Поэтому для проведения анализа вещество необходимо испарить. Для испарения и возбуждения вещества используют высокотемпературное пламя, различного типа электрические разряды в газах: дуга, искра и т.д. Высокая температура в разрядах (тысячи и десятки тысяч градусов) приводит к распаду молекул большинства веществ на атомы. Поэтому эмиссионные методы служат, как правило, для атомного анализа и очень редко – молекулярного. Излучение паров вещества складывается из излучения атомов всех элементов. Для анализа необходимо выделить излучение каждого элемента. Это осуществляется с помощью оптических приборов – спектральных аппаратов. В этих приборах световые лучи с разными длинами волн отделяются пространственно друг от друга.

Спектр – излучение источника света, разложенное по длинам волн.

В 1860г. физик Кирхгоф и химик Бунзен установили, что введение любой соли одного и того же металла в пламя горелки всегда приводит к появлению одинакового спектра. При внесении в пламя солей нескольких металлов в спектре одновременно появляются все их линии. Так был открыт спектральный анализ и установлено, что все элементы в определенных условиях излучают свои спектры. Кирхгоф и Бунзен установили, что спектр каждого металла строго постоянен. В настоящее время установлено, что не только металлы, но каждый элемент в определенных условиях излучает свет с постоянным спектром. Источником излучения являются нейтральные или ионизированные атомы, так как различные соединения одного и того же элемента дают одинаковый спектр. Отдельные линии в спектре различных элементов могут случайно совпадать, но в целом, спектр каждого элемента является его постоянной и строго индивидуальной характеристикой, что позволяет использовать спектры для анализа веществ.