видманштеттова структура что это такое
Новости
Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.
Музей «Лунариум» временно закрыт
+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1
Видманштеттеновы структуры
Металлографические структуры, которые теперь называют «Видманштеттеновы», были открыты при изучении железных метеоритов в начале 19-го века независимо друг от друга австрийским учёным Алоизом фон Видманштеттеном и английским минералогом Уильямом Томсоном. Поэтому их называют также «Структуры Томсона».
Видманштеттеновы структуры. Пластина железного метеорита Muonionalusta(октаэдрит), находка 1906 г., Лапландия (Швеция), размер 150х110х3 мм. Метеоритная коллекция Московского Планетария № 56.
Известно, что железные метеориты составляют около 6% от общего количества падений метеоритов на Землю. Их основу составляют два железоникелевых минерала – камасит (содержание никеля 5-7%) и тэнит (содержание никеля 7-50%). В зависимости от содержания и распределения этих минералов железные метеориты делят на три структурных класса: октаэдриты, гексаэдриты, атакситы.
Октаэдриты — наиболее распространенные из них, имеют 8-стороннюю структуру с содержанием никеля до 15%. При травлении полированной поверхности пластинки метеорита 5% раствором азотной кислоты и спирта проявляется рисунок в виде видманштеттеновых структур – пересекающихся полосок камасита, окаймлённых узкими лентами тэнита. Иногда возникают многоугольные площадки-поля.
Видманштеттеновы структуры. Пластина железного метеорит Nantan (октаэдрит), находка 1958 г., Гуанчжи (Китай), размер 240х100х5 мм. Метеоритная коллекция Московского Планетария № 35.
Метеориты этой группы различаются в зависимости от ширины полос, так как чем больше содержания никеля в образце, тем меньше ширина полос. Поэтому октаэдриты делят на:
· Крупноструктурные (бедные никелем) с шириной полосы более 1,3 мм;
· Среднеструктурные с шириной полосы от 0,5 до 1,3 мм;
· Мелкоструктурные (богатые никелем) октаэдриты с шириной полосы менее 0,5 мм.
Если содержание никеля в метеорите более 15%, видманштеттеновы структуры отсутствуют. Поэтому спилы атакситов имеют гладкую зеркальную поверхность без узоров.
Спил железного метеорита Чинге (атаксит). Находка 1913 г., Тува (Россия), размер 85х25 мм. Метеоритная коллекция Московского Планетария, № 37.
Эти структуры – важнейший отличительный признак метеоритов, содержащих значительное количество метеоритного железа, так как они возникают при низких температурах космоса, когда два кристаллизующихся минерала (камасит и тэнит) не могут смешиваться. Попытки их создания в лабораторных условиях до сих пор не увенчались успехом.
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
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 что это такое
Видманштетт – это микроструктура сплава, сформированная в процессе кристаллизации или фазовой перекристаллизации, представляющая собой кристаллы, растущие в определенных направлениях, с прослойкой эвтектики.
В учебниках по металловедению и металлографии видманштетт обычно показан на примере доэвтектоидной стали, в которой видманштеттова структура практически встречается чаще всего. Пример ферритного видманштетта показан на рис. 1.
Рисунок 1. Ферритный видманштетт в доэвтектоидной стали
Видманштетт в стали формируется в результате фазовой перекристаллизации в ходе превращения аустенита.
Происхождение видманштетта объясняется на основе распределения прослоек эвтектики (эвтектоида) параллельно граням растущего кристалла. В доэвтектоидной стали растущим кристаллом является феррит, в заэвтектоидной – цементит; перлит – это эвтектическая прослойка. Кристаллы новой фазы (феррит или цементит) возникают и растут в определенной ориентационной связи с решеткой исходной фазы (аустенита )- это главное; скорость их роста в некоторых кристаллографических плоскостях и направлениях в аустените больше, чем в других. Т.о., в результате образуются кристаллы пластинчатой и игольчатой формы. Поэтому взаимная ориентация кристаллов, образовавшихся в одном исходном зерне, будет закономерной, а углы между направлениями пластин и игл будут вполне определенными. Что и наблюдается на рис.1 – кристаллы феррита либо параллельны, либо расположены под определенными углами друг относительно друга.
Цементитный видманштетт в обычной практике наблюдается реже, чем ферритный. Форма кристаллов цементита связана с режимом охлаждения (рис.2). Кристаллы цементита зарождаются на поверхности зерен аустенита и неметаллических включений. При медленном охлаждении, когда зародышей немного, формируются крупные равноосные кристаллы (зернистый перлит), рис.2,а. С увеличением количества зародышей границы зерен имеют сплошную оболочку цементита (заэвтектоидная сталь с пластинчатым перлитом), рис.2,б. При большем переохлаждении и небольшой скорости теплоотвода кристаллы цементита растут в аустените в виде пластин и игл тем более тонких, чем ниже температура. В результате формируется видманштеттова структура (рис.2,в), в которой пластины цементита находятся в определенном кристаллографическом соотношении с аустенитом. После образования первых кристаллов цементита в аустените создается химическая неоднородность и возникает диффузия углерода к фронту кристаллизации, за счет чего и растут кристаллы цементита.
 |  |  |
| а | б | в |
Поскольку видманштетт образуется при небольших скоростях охлаждения, то он никогда не наблюдается на краю образца или изделия. Видманштетт является, если так можно выразиться, структурой внутренних слоев. Это показано на рис. 3. Игольчатые кристаллы формируются, в основном, в середине образца.
 |  |
| а | б |
Рисунок 3. Структура стали 30 на кромке (а) и в центре (б) образца
Образование видманштеттовой структуры связано с определенной скоростью охлаждения и величиной переохлаждения в момент распада аустенита. На рис. 4-5 рассматривается пример влияния условий охлаждения на примере зон сплавления стали и чугуна. На рис.4а показана диффузионная зона; диффузия углерода из чугуна в сталь успела пройти, и на границе образовалась зона перлита. При удалении от линии сплавления проявляется ферритная сетка. Игольчатых кристаллов не сформировалось, скорость охлаждения слишком высока для их образования. На рис. 4б показана диффузионная зона при большой (закалочной) скорости охлаждения. С обеих сторон от границы образовался мартенсит – четкая полоса с хорошо видной границей в чугуне и более широкая полоса закаленной структуры в стали, травящаяся зеленым цветом. На удалении от этой полосы структура представляет собой сорбит с ферритной сеткой по границам зерен. В этой сетке присутствуют отдельные игольчатые кристаллы феррита.
 |  |
| а | б |
Рисунок 4. Зона сплавления серого чугуна и доэвтектоидной стали.
При промежуточной скорости охлаждения, когда закалка стали уже не может произойти, и формируется самый интересный случай. В слое чугуна произошла закалка – там есть мартенсит. В поверхностном слое стали концентрация углерода повысилась, но скорость охлаждения не была достаточной для закалки. Там сформировалась видманштеттова структура из игл цементита. Далее следует темнотравящаяся зона, возможно перлит.
 |  |
| а | б |
Рисунок 5. Зона сплавления чугуна и стали
Видманштетт можно наблюдать в процессах сварки, наплавки, сплавления. На рисунке 6 показано видоизменение феррито-перлитной структуры образца после сплавления двух сталей. Игольчатые кристаллы формируются только на ограниченном участке структуры (показано красным).
При более медленном теплоотводе при сварке формируется, так сказать, классический ферритный видманштетт (рис.7а). В результате наплавки упрочняющего покрытия (рис.7б) отвод тепла произошел достаточно быстро; при этом смогли образоваться отдельные игольчатые кристаллы.
 |  |
| а | б |
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Видманштеттовая структура
Видманштеттовые структуры наиболее часто образуются при выделении новых фаз из пересыщенных растворов при искусственном старении сплавов. [2]
Видманштеттовая структура оценивается по балльной системе ( табл. 12) путем сопоставления наблюдаемой структуры при увеличении в 100 раз. [4]
Появление видманштеттовой структуры в околошовной зоне более характерно для газовой сварки и менее для дуговой. [7]
Образованию нежелательной видманштеттовой структуры способствуют значительный рост зерен аустенита и малая скорость его охлаждения. [8]
С образование видманштеттовой структуры происходит при скоростях остывания более 100 С в минуту. При большей величине зерна образование видманштеттовой структуры наблюдается даже при весьма малых скоростях остывания. [10]
Сталь с видманштеттовой структурой ввиду ее крупнозернистое и пластинчатого строения структурных составляющих обладает низкими механическими свойствами, главным образом низкой ударной вязкостью. [12]
Для предотвращения образования видманштеттовой структуры при ЭШС используют также основной металл с наследственно мелким аустенитным зерном или легированный элементами, снижающими способность стали к перегреву. [13]
Для предотвращения образования видманштеттовой структуры при электрошлаковой сварке ведутся также работы по применению основного металла с наследственно мелким аустенитным зерном и по легированию его элементами, снижающими склонность стали к перегреву. [15]