2 KOKEELLISET MENETELMÄT
2.6 Yksittäisten rakeiden orientaatiot
Yksittäisten rakeiden orientaatiot mitattiin Trondheimissa SINTEFissä Metallurgian laboratoriossa. Mittaus tapahtui EBSP (Electron Back Scattering Pattern) menetelmää hyväksi
käyttäen. EBSP-laitteisto oli liitetty Jeolin JSM 840 pyyh- käisyelektronimikroskooppiin.
JEOL JSM-840
ELEKTRONIKK TIL LYS- 00 KONT- RASTKORREKSJON
UNK AN 10000 med MOI (Microscope
Digital Interface!
-strålek on troll
Kuva 45. Periaatekuva EBSP-menetelmän käytöstä orientaatio määritykseen SINTEFin laitteistossa/13/.
EBSP-menetelmässä näyte asetetaan pyyhkäisyelektronimikros- kooppiin erityisessä näytteenpitimessä. Näytettä kalliste
taan noin 70°, jolloin saadaan mahdollisimman hyvä signaali.
Kikuchi-viivat muodostuvat fosforoidulle lasilevylle niistä takaisinheijastuneista säteistä, jotka heijastuvat Braggin lain mukaan. Fosforoidulle lasilevylle muodostunut kuva on hyvin heikko, joten sitä vahvistetaan TV-kameran avulla.
Viivasto on näkyvillä monitorilla, josta tieto voidaan tal
lentaa jatkokäsittelyä varten tietokoneelle. Link-monitor il
le muodostuneessa mikrorakennekuvassa voidaan kursorilla osoittaa mitattavaksi haluttu rae, jolloin paikoillaan pysy
vä elektronisuihku kohdistuu tähän rakeeseen. Kuvassa 45 on periaatekuva SINTEFissä käytettävästä laitteistosta.
Kuvasarjassa 46 näkyy Kikuchi-viivojen indeksointi valitulle rakeelle kuvattuna suoraan monitorilta. Kursorilla määritel
lään kaksi vyöhykeakselia, jonka jälkeen monitorille muodos
tuu ko. rakeen napakuvio. Samaan napakuvioon voi haluttaessa tehdä usean rakeen orientaatioiden määrityksiä. Mitattu orientaatio voidaan ilmaista absoluuttisena tai suhteellise
na orientaationa, Eulerin kulmien avulla tai napakuviona.
Suhteellisen orientaation määrityksen virhe on 0,5-1,0°, mi
kä on riittävä tarkkuus/58/.
Laitteistoon liitetyn ohjelmiston avulla voidaan jatkokäsi- tellä tallennettua tietoa ja laskea esimerkiksi kahden ra
keen välinen orientaatioero ja niiden välinen kiertoakseli.
Yksittäisten rakeiden orientaatioiden mittaamiseen tarvit
tavat näytteet tehtiin hiomalla putken pinnasta noin 0,1 mm.
Saatu tasomainen alue kiillotettiin timanttitahnalla sekä elektrolyyttisesti fosforihapossa.
Kuva 46. Kuvasarja Kikuchi-viivojen indeksoinnista. Kohdassa (a) merkki ilmoittaa keskipisteen, mutta ylävasemmalla oleva merkki on 112-akselin kohdassa, (b) kursori on muutettu toi
sen vyöhykeakselin kohdalle 22O-nauhalla, (c) kuvaa indek
soitua EBSP-kuvaa, jossa toinen vyöhykeakseli on 111. (d) 100-napakuvio määritetylle rakeelle./13/.
2.7 Läpivalaisuelektronimikroskopia
Läpivalaisututkimuksissa käytettiin TKK:n Metalliopin labo
ratorion Philips EM 400 HTG läpivalaisuelektronimikroskoop- pia. Rakenteen koostumuksen analysointiin käytettiin TTKK:n elektronimikroskopian laitoksen Jeol Jem 2010 läpivalaisu- elektronimikroskooppia, jossa on Tracor EDS-analysaattori (Electron Dispersive Spectrometry). EDS :llä erottuu materi
aalissa noin 1% luokkaa olevat pitoisuudet. Analyysissä käytetty säteen koko oli 5-10 nm.
Läpivalaisututkimuksiin näytteet valmistettiin ohentamalla ne elektrolyyttisesti kylmäkennossa -30°C:ssa. Elektrolyyt
tinä oli 30 vol% typpihappo + metanoli-liuos ja jännitteenä 8 V.
Näytteitä valmistettiin kahdella eri menetelmällä. Putkesta sahattiin 10x10 mm näyte. Osa näytteistä kiinnitettiin suoraan pinsetteihin ja ohennettiin kylmäkennossa lähtöpak- suutena 0.3 mm. Osa näytteistä taivutettiin varovasti auki ja hiottiin 0.1 mm paksuuteen. Tämän jälkeen näyte ohennet
tiin kylmäkennossa, jolloin näyte oheni tasaisemmin ja no
peammin kuin taivuttamaton näyte. Eri menetelmällä tehtyjen näytteiden rakenteissa ei havaittu valmistustekniikasta johtuvia eroja.
2.8 Sähkönj ohtavuudet
Ennen sähkönjohtavuusmittausta putket liuoshehkutettiin ja sammutettiin veteen. Tämän jälkeen putket erkautushehku- tettiin putkiuunissa 0,5 h eri lämpötiloissa. Jokaisen kä
sittelyn jälkeen mitattiin sähkönjohtavuus standardimenetel
mällä DIN IEC 468.
3 KOETULOKSET
Tässä kappaleessa kootaan yhteen kokeellisen osuuden tutki musten tulokset.
3.1 Mikrorakenteet
Rekristallisaation kulun seuraamiseksi tehtiin hehkutussar- joja. Seuraavassa esitetään optisella mikroskoopilla otetut rakennekuvat kaikista koemateriaaleista. Kuvissa putken ulkopinta on ylhäällä ja muokkausaste on 99,6%.
Kuvassa 47 on hehkutussarja Pl-näytteelle. Kohdassa (a) on muokattuun materiaaliin syntynyt muutamia ytimiä. Näytettä on hehkutettu 2 min 350°C suolakylvyssä. Kohdassa (b) näyte on osittain rekristallisoitunut 3 min jälkeen. Ensimmäiset ytimet ja suureksi kasvaneet rakeet sijaitsevat lähellä putken ulkopintaa. Tuotantohehkutusnäyteessä (kohta c) on havaittavissa isoja, lähes seinämän läpi meneviä rakeita.
Raekoko vaihtelee välillä 25-150 дт. Määritelty T1/2 oli 320°C.
K2T-näytteen hehkutussarja on kuvassa 48. Kohdassa (a) on muokattuun materiaaliin syntynyt muutamia ytimiä. Näytettä on hehkutettu 4 min 375°C suolakylvyssä. Kohdassa (b) näyte on osittain rekristallisoitunut 8 min jälkeen. Muodostuneet ytimet ovat jakautuneet tasaisesti koko seinämän alueelle.
Tuotantohehkutusnäyte (kohta c) on lämpökäsitelty 480°C:ssä.
Rakenne on hyvin pientä ja tasa-akselista, raekoko 25 дт.
Puo1iksipehmenemislämpötila oli 375°C.
Kuvassa 49 on hehkutussarja KlE-näytteellä. Kohdassa (a) näyte on osittain rekristallisoitunut 2 min jälkeen 240°C suolakylvyssä. Rekristallisaatio on alkanut tasaisesti koko seinämän alueella. Pehmeäksihehkutettu näyte (kohta c) on lämpökäsitelty 350°C ilmauunissa 60 min. ajan. Rakenne on hyvin sekavaa ja melko suurta raetta (70 дт) , tyypillistä
hapettoman kuparin raerakennetta. T1/2 oli 225°C.
Toipumishehkutukset suoritettiin matalassa lämpötilassa pitkiä hehkutusaikoja käyttäen. Kuvassa 50 (a) on Pl-näyte hehkutettu 16 h 250°C ilmauunissa. Rakenteessa havaittiin kolmea erilaista raetyyppiä, isoja ruskeita ja vaaleita rakeita sekä pitkittäisiä ruskeita rakeita.
K2T-näytteen toipumishehkutus suoritettiin 300°C ilmauunissa 16 h, kuva 50 (b) . Rakenteessa näkyy joitakin isoja, yhte
näisiä toipuneita alueita, mutta suurin osa rakenteesta on pientä raetta. Mikrorakennekuvat on esitetty mikrokovuusmit- tausten yhteydessä.
Näytemateriaalien ennen hehkutusta olevassa muokkausraken- teen raekoossa ei havaittu eroja.
Kuva 47. Hehkutussarja Pl-näytteelle. (a) suolakylpy 350°C 2 min suurennus 200x, (b) suolakylpy 350°C 3 min suurennus 200x (c) pehmeäksihehkutus 480°C:ssa suurennus lOOx. Muok- kausaste 99,6%.
Kuva 48. Hehkutussarja K2T-näytteelle. (a) suolakylpy 375°C 4 min suurennus 200x, (b) suolakylpy 375 °C 8 min suurennus 200x (c) pehmeäksihehkutus 480°C 72 min suurennus lOOx.
Muokkausaste 99,6%
Kuva 49. Hehkutussarja KlE-näytteelle. (a) öljykylpy 240°C 2 min, (b) pehmeäksihehkutus 350°C ilmauunissa 60 min. Suu
rennukset lOOx.
3.2 Mikrokovuudet
Mikrokovuusmittauksen tulokset ovat taulukossa 6. Toipumis- hehkutettujen näytteiden mikrorakennekuvat ovat kuvassa 50.
Muiden näytteiden kuvat löytyvät liitteestä 2. Toipumisheh- kutuksissa näytteistä on mitattu kovuuksia myös kuvan ulko- puolisita pisteistä.
Piste P1 K2T P1 K2T P1 K2T
pehmeä pehmeä ositt. ositt. toip. toip.
rekrist. rekrist. hehkutus hehk.
HV HV HV HV HV HV
1 66 64 73 82 119 122
2 64 63 70 117 84 75
3 61 62 65 95 87 105
4 63 62 70 113 69 110
5 63 63 68 77 68 62
6 64 64 74 72 69 64
7 63 64 115 63 76 85
8 64 65 119 90 65 72
9 63 64 68 89 79 63
10 62 63 110 105 92 74
11 64 82 72 92 85
12 63 89 84
Taulukko 6. Mikrokovuusmittaukset.
Kuva 50. Mitatut mikrokovuudet toipumishehkutetuista näyt
teistä (a) Pl- ja (b) K2T-näyte, suurennukset 200x.
Täysin pehmeistä näytteistä mitattiin sekä isojen että pie
nien rakeiden kovuuksia, jotka kaikki olivat samaa suuruus
luokkaa. Osittain rekristallisoituneissa näytteissä täysin pehmeitä rakeita ympäröivä muokkausrakenne ei ollut pehmen
nyt lainkaan. Toipumishehkutuksessa havaittiin Pl-näytteellä kolmenlaista raerakennetta; isoja epämääräisiä rakeita (esim pisteet 6 ja 9), vaaleita isoja rakeita (esim pisteet 7,5) sekä ruskeita pitkittäisiä rakeita (piste 9), kuva 50. ¡Ii
soista rakeista sekä vaaleat että ruskeat olivat täysin peh
meitä, kun taas pitkittäiset ruskeat olivat lähellä muokatun rakenteen arvoja.
3.3 Anisotropia
Anisotropiakerroin r laskettiin sekä pituuden että seinä- mänpaksuuden muutoksen mukaan.
Näyte mittaustapa r-arvo
P1 pituus 0,539
P1 seinämä 0,569
K2T pituus 0,533
K2T seinämä 0,547
Taulukko 7. Anisotropiakertoimen (r) arvot.
3.4 Tekstuurit
Tekstuurit mitattiin sekä muokatuille että pehmeäksihehkute- tuille näytteille ja määritettiin napakuviot (111)- ja
(200)-heijastuksille.
Muokkaustekstuurit olivat kaikilla näytteillä identtiset se
kä muodon että intensiteetin suhteen. (111)-napakuviossa tekstuuri muodostui kahdesta komponentista, jotka olivat {110}<001> (Goss) ja {121}<111> (Cu)-komponentti. Intensi
teetti kaikissa oli noin kymmenkertainen tekstuurittomaan (random) tasoon verrattuna.
Kuvissa 51-53 on esitetty (111)-napakuviot muokkaustekstuu- reista. (200)-napakuviot sekä muokatuille että ^kristal
lisoituneille rakenteille ovat liitteessä 3.
Rekristallisaatiotekstuurit (kuvat 55-56) K2T- ja Pl-näyt- teillä muodostuivat samoista komponenteista, mutta intensi
teetit vaihtelivat. Kumpikin napakuvio muodostuu kahdesta komponentista, joista toinen on tunnistettavasti Ms-tekstuu- ri {121}<112>. Toinen komponenteista on lähellä R-tyypin tekstuuria orientaatiolla {113}<211>.
Pl-näytteellä tekstuuri oli voimakkaampi, noin 10 kertaa tekstuuriton taso (random) kun taas K2T-näytteellä se oli noin 4 kertaa vastaava tekstuuriton taso. Pl-näytteellä Ms- komponetti oli selvästi K2T-näytettä voimakkaampi.
Tekstuurimittauksessa KlE-näytteelle saatu rekristallisaa- tiotekstuuri poikkesi voimakkaasti muista tuloksista. Saatu napakuvio oli hajanainen eikä sille löydetty selviä ideaa- liorientaatioita. Napakuviossa on mahdollisesti intensiteet- tihuippu lähellä ideaalista kuutiollista orientaatiota. K1E- näytteen rekristallisaatiotekstuurin napakuvio on kuvassa 54.
Kuva 52. (111)-napakuvio K2T-näytteen muokkaustekstuurista.
i b
Kuva 54. (111)-napakuvio KlE-näytteen rekristallisaatioteks-tuurista.
91
го
то
Kuva 55. (Ill) -napakuvio K2T-näytteen rekristallisaatioteks- tuurista.
Kuva 56. (111)-napakuvio Pl-näytteen rekristallisaatioteks-tuurista.
3.5 Yksittäisten rakeiden orientaatiot
EBSP-laitteistolla mitattiin K2T- ja Pl- näytteistä yksit
täisten rakeiden orientaatioita sekä osittain rekristalli- soituneista näytteistä että täysin pehmeäksihehkutetuista näytteistä.
Osittain rekristallisoituneista näytteistä mitattiin rekris- tallisaation alussa kasvaneiden isojen rakeiden sekä vielä muokattuna olevan matriisin orientaatioita.
Kuva 57. Osittain rekristallisoitunut Pl-näyte. (a) rakenne- kuva mitatusta näytteestä, (b) (111)-napakuvio isoista ra
keista, (c) (111)-napakuvio pienistä rakeista, (d) (111)- napakuvio muokatusta matriisista.
93