видманштеттова структура что это такое
Видманштеттова структура впервые была обнаружена при изучении железоникелевых метеоритов. В технике это изменение кристаллической решетки металлов и их сплавов является нежелательным, так как приводит к ухудшению физико-механических свойств. Для оценки данной структуры используют шкалу, нормируемую государственным стандартом.
Видманштеттова структура – что это такое?
В 1808 г., при исследовании метеоритов, австрийским ученым-минерологом Алоизом фон Видманштеттеном был обнаружен новый тип металлографической структуры сплавов, который получил название по фамилии своего первооткрывателя. Термин «видманштеттеновы фигуры» использовали для характеристики узоров, возникающих при изготовлении шлифов большинства железных метеоритов. Позднее было открыто, что это явление часто встречается и при промышленном изготовлении металлических конструкций.
Вам будет интересно: Аэродинамическое качество: определение, назначение и применение
Видманштеттова структура стали представляет собой ферритно-перлитную структуру, в которой ее составляющие (феррит и перлит) располагаются в виде геометрически упорядоченных фигур (пластины, иглы, квадраты, ромбы многоугольники). Эта аномалия связана с образованием крупных зерен в первичном аустените. Пластинчатые формы являются доэвтектоидным ферритом, выделяющимся в избытке внутри аустенитных зерен, игольчатые – вторичным цементитом. Пластины располагаются вдоль плоскостей решетки аустенита. Ниже приведено фото видманштеттовой структуры.
Условия появления
С точки зрения физики, возникновение таких изменений связано с тем, они обеспечивают наименьшее значение поверхностной энергии взаимодействия частиц на границе раздела фаз. Чаще всего подобное явление наблюдается при перегреве стали, однако она не всегда получает данную структуру.
Факторами, способствующими ее формированию, являются:
Данная структура стали может также возникнуть без перегрева в результате большой скорости охлаждения при переходе через интервал температур Ar3-Ac1. Наиболее часто видманштеттова структура наблюдается при таких технологических процессах, как сварка (в металле шва и прилегающем участке перегрева), литье, термообработка, искусственное старение сплавов, применяемое для увеличения их прочностных характеристик. В последнем случае это происходит в результате выделения новых фаз из пересыщенных растворов.
Свойства
Образование видманштеттовой структуры начинается при скорости остывания после перегрева выше 100 °C/мин. Если сплав имеет крупнозернистое строение, то это изменение кристаллической решетки выявляется и при более низких скоростях охлаждения. Толщина ферритных пластин может варьироваться в диапазоне 1-8 мкм.
Крупнозернистость и пластинчатое строение видманштеттовой структуры определяют ухудшение механических характеристик металлов и сплавов. При перегреве стали избыточный феррит, выделяющийся по границам зерен, «прорезает» перлит, что и приводит к изменению свойств.
Влияние на технологические характеристики конструкций
Помимо изменения кристаллической решетки, указанной выше, может возникнуть и другое нежелательное явление – пережог металла. При этом по границам зерен формируются закисные пленки железа, связь между зернами нарушается. Образование видманштеттовой структуры приводит к следующим негативным последствиям:
Поэтому данный процесс является нежелательным для конструкционных материалов и недопустим для изготовления промышленных изделий ответственного назначения.
Для улучшения структуры стали производят термообработку (полный отжиг или нормализацию). Пережженный материал исправить невозможно.
Для предотвращения образования видманштеттовой структуры при сварке в качестве основных металлов применяют такие, которые обладают наследственной мелкозернистостью, то есть при нагреве до высоких температур у них не происходит значительного увеличения зерна. Также используют легирующие добавки, снижающие способность стали к перегреву. Наиболее часто появление данного нежелательного эффекта наблюдается при газовой сварке. Для дуговой это менее характерно.
Оценка структуры
Степень изменения в кристаллической решетке при образовании видманштеттовой структуры регламентируется по ГОСТ 5640-68. Для ее оценки изготавливают микрошлифы 3 × 4 см. Вырезка образцов должна производиться холодным способом (механическим или другими). Развитие этой структуры в металле характеризуется ростом числа и размеров игольчатых образований феррита, а также величиной аустенитного зерна.
Оценка производится по двум рядам и 6 баллам в каждом из них. Первый ряд используется для низкоуглеродистых сталей (содержание углерода Понравилась статья? Поделись с друзьями:
Метеоритная решетка
На фото — спил метеорита Нидлз (Needles). Узор на нем напоминает скрещенные иголки — это кристаллы минерала камасита, выросшие совместно с кристаллами тэнита (минерал между иголочками). Такая решетка образуется в большинстве железных метеоритов при их остывании в космических условиях, когда два кристаллизующихся минерала не могут смешиваться. И хотя needles по-английски действительно означает «иголки», свое имя этот метеорит получил не поэтому, а согласно официальным правилам — по месту падения у городка Нидлз (Needles, California) в штате Калифорния.
Тэнит и камасит — это два сплава железа и никеля: в камасите никеля меньше (до 15%), а в тэните больше (до 50%). Однако для того, чтобы увидеть этот узор, недостаточно просто распилить метеорит — спил у него будет абсолютно гладкий. Чтобы зерна минералов стали заметны, нужно протравить поверхность спила азотной кислотой. Такой игольчатый узор называется сложным термином «видманштеттенова структура» (или «видманштеттеновы фигуры»). По степени непринужденности произнесения этих слов всегда можно опознать человека, имеющего дело с метеоритами.
Спил неописанного железного метеорита на рынке в Марракеше, Марокко. Фото © Кирилл Власов, 25 декабря 2019 года
История столь зубодробительного названия началась в 1808 году, когда эти фигуры обнаружил граф Алоиз фон Бек Видманштеттен (Alois von Beckh Widmanstätten) — естествоиспытатель и директор венской императорской Фарфоровой мануфактуры Аугартен. Прокаливая железный метеорит в пламени горелки, он заметил, что некоторые его части меняли цвет раньше других, образуя причудливый клетчатый рисунок. Металлическое железо (Fe 0 ) окислялось до железной окалины (Fe2O3), и для разных минералов этот процесс происходил с разной скоростью из-за различия их химических свойств. Граф не опубликовал своих изысканий, однако рассказал о них своему приятелю, другому графу-естествоиспытателю — Карлу Францу Антону фон Шрайберсу. Фон Шрайберс в то время заведовал коллекциями (Hof-Naturalien-Cabinet), которые позже лягут в основу венского Музея естествознания, и тоже увлекался метеоритами. Он-то и назвал эти структуры в честь своего товарища, описав их в 1820 году в своей монографии. А в 1847 году открыли минерал шрейберзит ((Fe,Ni)3P), и имя Шрайберса вошло в мировую минералогическую терминологию.
А вот настоящего первооткрывателя этой структурной особенности гостей из космоса, как сравнительно недавно выяснили историки науки, слава обошла стороной. В 1804 году, обследуя в Неаполе спилы метеорита, привезенного из-под Красноярска академиком Симоном Палассом, английский минералог Вильям Томсон (William Thomson) подметил те самые узоры. Работа ученого во время наполеоновских войн осложнялась необходимостью постоянно переезжать подальше от театра военных действий и невозможностью эффективной коммуникации с коллегами. Так, известен эпизод, когда одно из его писем геологу Грегори Уатту, сыну Джеймса Уатта, было утеряно из-за убийства посыльного. В 1806 году Томсон вынужден был бежать от наступающих войск Наполеона в Палермо, где вскоре и умер в возрасте 46 лет. Поэтому неудивительно, что его открытие прошло незамеченным, а слава первооткрывателя надолго закрепилась за Видманштеттеном.
Механизм образования структур был впервые полностью объяснен лишь через сто лет, когда развитие рентгеновских методов сделало возможным определение структуры минералов, и оказалось, что у камасита и тэнита они разные. В самом простом варианте это объяснение звучит так: при охлаждении сплава железа, содержащего никель (а в наиболее часто встречающихся железных метеоритах класса октаэдритов его от 5 до 18%) до температуры не ниже 900°С сплав будет иметь структуру тэнита, а при меньших температурах эта структура не может вместить в себя всё железо, и начинает расти камасит. Новые кристаллы растут в стесненном пространстве, и наиболее выгодным расположением для них является закономерное, учитывающее ориентацию кристаллической структуры предшествовавшего тэнита — отсюда и решетчатое расположение. Позже были предложены и другие, более сложные объяснения.
Фазовая диаграмма системы железо-никель, показывающая формирование видманштеттеновых фигур. Так, при охлаждении сплава, содержащего около 10% никеля, рост кристаллов камасита начнется примерно при температуре 750 ⁰С. Фото с сайта en.wikipedia.org
Получить в лаборатории такие красивые структуры для сплавов железа и никеля невозможно: для них требуются очень и очень медленные условия охлаждения, по разным оценкам — от десятков до сотен градусов за миллион лет.
Видманштеттова структура впервые была обнаружена при изучении железоникелевых метеоритов. В технике это изменение кристаллической решетки металлов и их сплавов является нежелательным, так как приводит к ухудшению физико-механических свойств. Для оценки данной структуры используют шкалу, нормируемую государственным стандартом.
Видманштеттова структура – что это такое?
В 1808 г., при исследовании метеоритов, австрийским ученым-минерологом Алоизом фон Видманштеттеном был обнаружен новый тип металлографической структуры сплавов, который получил название по фамилии своего первооткрывателя. Термин «видманштеттеновы фигуры» использовали для характеристики узоров, возникающих при изготовлении шлифов большинства железных метеоритов. Позднее было открыто, что это явление часто встречается и при промышленном изготовлении металлических конструкций.
Видманштеттова структура стали представляет собой ферритно-перлитную структуру, в которой ее составляющие (феррит и перлит) располагаются в виде геометрически упорядоченных фигур (пластины, иглы, квадраты, ромбы многоугольники). Эта аномалия связана с образованием крупных зерен в первичном аустените. Пластинчатые формы являются доэвтектоидным ферритом, выделяющимся в избытке внутри аустенитных зерен, игольчатые – вторичным цементитом. Пластины располагаются вдоль плоскостей решетки аустенита. Ниже приведено фото видманштеттовой структуры.
Условия появления
С точки зрения физики, возникновение таких изменений связано с тем, они обеспечивают наименьшее значение поверхностной энергии взаимодействия частиц на границе раздела фаз. Чаще всего подобное явление наблюдается при перегреве стали, однако она не всегда получает данную структуру.
Факторами, способствующими ее формированию, являются:
Данная структура стали может также возникнуть без перегрева в результате большой скорости охлаждения при переходе через интервал температур Ar3-Ac1. Наиболее часто видманштеттова структура наблюдается при таких технологических процессах, как сварка (в металле шва и прилегающем участке перегрева), литье, термообработка, искусственное старение сплавов, применяемое для увеличения их прочностных характеристик. В последнем случае это происходит в результате выделения новых фаз из пересыщенных растворов.
Свойства
Образование видманштеттовой структуры начинается при скорости остывания после перегрева выше 100 °C/мин. Если сплав имеет крупнозернистое строение, то это изменение кристаллической решетки выявляется и при более низких скоростях охлаждения. Толщина ферритных пластин может варьироваться в диапазоне 1-8 мкм.
Крупнозернистость и пластинчатое строение видманштеттовой структуры определяют ухудшение механических характеристик металлов и сплавов. При перегреве стали избыточный феррит, выделяющийся по границам зерен, «прорезает» перлит, что и приводит к изменению свойств.
Влияние на технологические характеристики конструкций
Помимо изменения кристаллической решетки, указанной выше, может возникнуть и другое нежелательное явление – пережог металла. При этом по границам зерен формируются закисные пленки железа, связь между зернами нарушается. Образование видманштеттовой структуры приводит к следующим негативным последствиям:
Поэтому данный процесс является нежелательным для конструкционных материалов и недопустим для изготовления промышленных изделий ответственного назначения.
Для улучшения структуры стали производят термообработку (полный отжиг или нормализацию). Пережженный материал исправить невозможно.
Для предотвращения образования видманштеттовой структуры при сварке в качестве основных металлов применяют такие, которые обладают наследственной мелкозернистостью, то есть при нагреве до высоких температур у них не происходит значительного увеличения зерна. Также используют легирующие добавки, снижающие способность стали к перегреву. Наиболее часто появление данного нежелательного эффекта наблюдается при газовой сварке. Для дуговой это менее характерно.
Оценка структуры
Степень изменения в кристаллической решетке при образовании видманштеттовой структуры регламентируется по ГОСТ 5640-68. Для ее оценки изготавливают микрошлифы 3 × 4 см. Вырезка образцов должна производиться холодным способом (механическим или другими). Развитие этой структуры в металле характеризуется ростом числа и размеров игольчатых образований феррита, а также величиной аустенитного зерна.
Оценка производится по двум рядам и 6 баллам в каждом из них. Первый ряд используется для низкоуглеродистых сталей (содержание углерода Понравилась статья? Поделись с друзьями:
Видманштеттова структура
Смотреть что такое «Видманштеттова структура» в других словарях:
видманштеттова структура — [Widmanstatten structure] особая структура доэвтектоидной стали, в которой феррит расположен по границам перлитных зерен, образуя сплошную или прерывную сетку с иглами, отходящими от нее внутрь перлитных зерен; возникает при перегреве в процессе… … Энциклопедический словарь по металлургии
ВИДМАНШТЕТТОВА СТРУКТУРА — видманштеттенова структура [по имени австрийского ученого А. Вид манштеттена (A. Widmarmstatten; 1754 1849)] разновидность структуры сплавов, характеризующаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл… … Металлургический словарь
Видманштеттова структура — Widmanstatten structure Видманштеттова структура. Структура, характеризуемая геометрией частиц, образовавшихся при формировании новых фаз вдоль некоторых кристаллографических плоскостей исходного твердого раствора. Ориентация новой решетки… … Словарь металлургических терминов
ВИДМАНШТЕТТОВА СТРУКТУРА — видманштеттенова структура [по имени австр. учёного А. Видманштеттена (A. Widmannstatten; 1754 1849)], разновидность металлография, структуры сплавов, характеризующаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или … Большой энциклопедический политехнический словарь
Видманштеттова структура — видманштеттенова структура [по имени австрийского ученого А. Видманштеттена (A. Widmannstatten; 1754 1849)] разновидность структуры сплавов, характеризующаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл… … Энциклопедический словарь по металлургии
Структура — [structure] собирательное название характеристик макро и микростроения вещества. В металловедении под структурой понимают особенности строения металлов и сплавов, характеризующих природу (состав), морфологию и расположение разных фаз, а также их… … Энциклопедический словарь по металлургии
наследственная структура — [hereditary structure] структура стали или сплава, формирующаяся в результате эффекта структурной наследственности; например, при повторном нагреве стали размер, форма и кристаллографическое ориентирвоание вновь образованных зерен аустенита могут … Энциклопедический словарь по металлургии
мозаичная структура — [mosaic structure] структура кристаллитов, сосоящая из некоторого числа правильного кристаллического строения приблизительно параллельных блоков. Понятие мозаичная структура было введено для объяснения размытости линий рентгеновского отражения. В … Энциклопедический словарь по металлургии
модулированная структура — [modulated structure] микроструктура некоторых сплавов, для которой характерно закономерное пространственное расположение когерентных выделений на определенном расстоянии одно от другого, называемое периодом модуляции. Модулированная структура… … Энциклопедический словарь по металлургии
Видманштеттенова структура
Видманштеттенова структура — (в металловедении), разновидность металлографической структуры сплавов, отличающаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл внутри составляющих сплав кристаллических зёрен.
Видманштеттенова структура впервые обнаружена английским учёным У. Томсоном и австрийским учёным А. Видманштеттеном (A. Widmannstätten) в начале XIX века при изучении железо-никелевых метеоритов (так называемые видманштеттеновы фигуры).
Термин «Видманштеттенова структура» применялся для характеристики структуры сильно перегретой или литой стали, в которой выделяющийся из аустенита избыточный феррит располагается вдоль октаэдрических плоскостей кристаллов аустенита; в настоящее время употребляется при описании других геометрически упорядоченных структур в сплавах. Возникновение таких структур объясняется тем, что при вторичной кристаллизации и перекристаллизации в твёрдом состоянии пластинчатая или игольчатая форма образующих структуру кристаллов и сочленение их определёнными, сходными по атомному строению, плоскостями обеспечивают минимальную величину упругой и поверхностной энергии.
Полезное
Смотреть что такое «Видманштеттенова структура» в других словарях:
ВИДМАНШТЕТТОВА СТРУКТУРА — видманштеттенова структура [по имени австрийского ученого А. Вид манштеттена (A. Widmarmstatten; 1754 1849)] разновидность структуры сплавов, характеризующаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл… … Металлургический словарь
Видманштеттова структура — видманштеттенова структура (в металловедении), разновидность металлографической структуры сплавов, отличающаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл внутри составляющих сплав кристаллических… … Большая советская энциклопедия
ВИДМАНШТЕТТОВА СТРУКТУРА — видманштеттенова структура [по имени австр. учёного А. Видманштеттена (A. Widmannstatten; 1754 1849)], разновидность металлография, структуры сплавов, характеризующаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или … Большой энциклопедический политехнический словарь
Видманштеттова структура — видманштеттенова структура [по имени австрийского ученого А. Видманштеттена (A. Widmannstatten; 1754 1849)] разновидность структуры сплавов, характеризующаяся геометрически правильным расположением элементов структуры в виде пластин или игл… … Энциклопедический словарь по металлургии