область исследований, занимающаяся решением разнообразных задач материаловедения на основе рентгеновских дифракционных методов. В Р. м. исследуют как равновесные, так и неравновесные состояния материалов; изучают их кристаллическую структуру, фазовый состав и его изменения, строят фазовые диаграммы, исследуют состояние деформированных (или подвергнутых каким-либо другим воздействиям) материалов, процессы упорядочения и явления ближнего порядка в них.

В Р. м. используют дифракцию моно- или полихроматического рентгеновского излучения в рентгеновских камерах (См. Рентгеновская камера), получая рентгенограммы моно- или поликристаллических образцов, или регистрируют распределение рассеянного рентгеновского излучения в рентгеновских дифрактометрах (См. Рентгеновский дифрактометр) (см. Рентгеновский структурный анализ).

Определение числа, размеров и разориентировки кристаллитов. Размеры кристаллитов поликристаллического материала, существенно влияющие на его механические свойства, определяют методами Р. м. Средний объём V достаточно крупных (Рентгенография материалов 0,5-5 мкм) кристаллитов находят по их числу N в исследуемом образце: V = Q/N, где Q - объём образца. Число N кристаллитов, участвующих в отражении рентгеновских лучей, определяется числом п точечных рефлексов, составляющих дебаевское кольцо рентгенограммы (см. Дебая - Шеррера метод): N = 2n/acosϑ, где α - постоянная величина (параметр аппаратуры), ϑ - брэгговский угол.

Рентгенографические методы позволяют определять углы разориентировки и размеры блоков мозаики - областей с правильным строением, повёрнутых одна относительно другой (разориентированных) на очень малые углы. Измельчение блоков мозаики сопровождается упрочнением материалов, характеристики мозаичности связаны с плотностью дислокаций. О размерах блоков мозаики Рентгенография материалов 0,05-0,1 мкм судят по размытию (уширению) дебаевских колец (рис. 1). Если уширение обусловлено только мозаичностью, то усреднённые значения размеров блоков: D = λ/βcosϑ, где β - полуширина размытой линии, λ - длина волны использованного излучения. Средний угол разориентировки блоков ϑ определяют по эффектам двойного вульф-брэгговского рассеяния в малоугловой ооласти (при ε = 2ϑ ≤ 0,5°), когда первично отражённый луч отражается ещё раз от подходящим образом ориентированного блока в направлении исходного пучка (рис. 2). В окрестности первичного луча появляется дополнительное диффузное рассеяние, интенсивность которого I (ε) определяет ϑ: I (ε) = Аε^-1ехр {-Bε²/ϑ²}, где А и В- постоянные величины.

Определение остаточных напряжений. Вследствие пластических деформаций, фазовых превращений, облучения частицами высоких энергий, неравномерного нагрева и охлаждения и т.д. в материалах могут возникать остаточные напряжения (См. Напряжение). Макронапряжения приводят к короблению) растрескиванию, межкристаллитной коррозии, а иногда обусловливают анизотропию механических и магнитных свойств материала или повышают его усталостную прочность (например, при наличии сжимающих напряжений). Рентгенографическое определение макронапряжений в простейшем случае сводится к измерению смещения дебаевской линии Δϑ. В простейшем случае при нормальных напряжениях σ смещение Δϑ связано с σ выражением: σ = Ectgϑ․Δϑ/μ, где Е - Юнга модуль, μ - Пуассона коэффициент.

Микронапряжения, как и измельчение блоков мозаики, приводят к уширению дебаевских линий. Если уширение обусловлено только микронапряжениями, то средняя их величина (для кристаллов кубической сингонии): Δа/а = β/4tgϑ. Для разделения эффектов, вызываемых микронапряжениями и блоками мозаики, применяют специальную методику, основанную на гармоническом анализе (См. Гармонический анализ).

Фазовый анализ. Р. м. позволяет производить качественный и количественный фазовый анализ гетерогенных смесей. Каждая фаза данного вещества даёт на рентгенограмме характерное отражение. В определении составляющих смесь фаз по их отражениям и состоит качественный фазовый анализ. Количественный фазовый анализ проводят на рентгеновском дифрактометре: сопоставляя интенсивности отражений фазы и эталона, находящихся в смеси, можно определить концентрацию данной фазы в поликристалле.

Фазовые превращения. Р. м. применяют для исследования изменений в пересыщенном твёрдом растворе (См. Твёрдые растворы), обусловленных его распадом (старением) и, следовательно, возникновением новых фаз и (или) исчезновением старых. Температурно-временная зависимость изменения концентрации фаз даёт возможность изучать кинетику процессов и научно выбирать, например, режимы термообработок, определять энергию активации процесса и т.д. Распад твёрдых растворов сопровождается изменением их физических и механических свойств. Особенно значительно меняются свойства, когда кристаллическая решётка вновь образующейся фазы совпадает с исходной решёткой твёрдого раствора и между ними нет чёткой границы раздела; в таком случае говорят, что распад протекает когерентно - образуются, например, зоны Гинье - Престона (рис. 3). Если возникает чёткая граница раздела, то говорят о некогерентных выделениях фаз. Рентгенограммы твёрдых растворов при когерентном и некогерентном распадах существенно отличаются, что позволяет получать важные данные о ходе кристаллоструктурных процессов.

Определение типа твёрдого раствора и границы растворимости. Для установления типа твёрдого раствора в Р. м. определяют количество n атомов в элементарной ячейке раствора, используя рентгенографические данные о её объёме Q и значении плотности раствора ρ: n = Qρ/A․1,66․10^-24, где A - средневзвешенный атомный вес. Если n окажется равным числу атомов в элементарной ячейке растворителя n_o, то раствор построен по типу замещения; если n > no - имеем раствор внедрения, при n < no - раствор вычитания.

Для установления границы растворимости в твёрдом состоянии в Р. м. анализируют изменения периодов кристаллической решётки при повышении концентрации раствора. Концентрация, при которой период решётки (для 2 компонентных растворов) перестаёт меняться при дальнейшем изменении состава, определяет предельную растворимость для данной температуры. По найденным значениям предельной растворимости для различных температур строят границу растворимости.

Рентгенографическое исследование расплавленных и аморфных веществ. Аморфные вещества и расплавы дают диффузное рассеяние рентгеновских лучей (см. рис. 6 в ст. Рентгеновский структурный анализ), но на рентгенограммах всё же можно выделить немногочисленные и очень размытые интерференционные максимумы. Анализ дифракционных картин (рис. 4, а) позволяет разобраться в структуре жидкостей и аморфных тел; при этом определяется функция атомного распределения ρ(r), т. е. усреднённое по объёму Q число атомов N в 1 см³ на расстоянии r от центрального атома: ρ(r) = (dN/dQ) _r (рис. 4, б). Диффузный фон несёт также информацию об электронной структуре сплава.

Исследование ближнего и дальнего порядка. В твёрдых растворах атомы компонентов распределены, как правило, не хаотично, а с некоторой корреляцией (см. Дальний порядок и ближний порядок). Когда корреляция существует только в ближайших координационных сферах, возникает или ближнее упорядочение (например, в сплавах Fe - Si и Fe - Al), либо ближнее расслоение (Cr - Mo и Si - Ge). Рентгенографически это можно обнаружить по появлению дополнительного диффузного фона. С помощью Р. м. установлено, что при понижении температуры в твёрдых растворах с ближним расслоением обычно происходит распад на 2 твёрдых раствора (например, Al - Zn), а в растворах с ближним упорядочением при этом возникает дальний порядок (например, в Fe₃Al). В последнем случае корреляция между упорядоченными атомами наблюдается в объёме всего образца, что сопровождается появлением на рентгенограмме слабых дополнительных сверхструктурных линий (рис. 5), по интенсивности которых можно судить о степени развития дальнего порядка.

Рентгенографическое исследование тепловых колебаний. Для исследования используют рентгенографическую методику измерения диффузного рассеяния рентгеновских лучей, вызванного тепловыми колебаниями, на монокристаллах. Эти измерения позволяют получить дисперсионные кривые ν = f (k) (где ν - частота, a k - Волновой вектор упругих волн в кристалле) по различным направлениям в кристалле. Знание дисперсионных кривых даёт возможность определить упругие константы кристалла, вычислить константы межатомного взаимодействия и рассчитать фононны и спектр кристалла.

Об изучении рентгеновскими методами распределения дефектов в достаточно крупных и почти совершенных монокристаллах см. в ст. Рентгеновская топография.

Исследование радиационных повреждений. Р. м. позволяет установить изменения структуры кристаллических тел под действием проникающей радиации (например, изменение периодов решётки, возникновение диффузных максимумов и т.д.), а также исследовать структуру радиоактивных веществ.

Лит.: Уманский Я. С., Рентгенография металлов и полупроводников, М., 1969: его же, Рентгенография металлов, М., 1967; Иверонова В. И., Ревкевич Г. П., Теория рассеяния рентгеновских лучей, М., 1972; Хачатурян А. Г., Теория фазовых превращений и структура твердых растворов, М., 1974; Кривоглаз М. А., Применение рассеяния рентгеновских лучей и тепловых нейтронов для исследования несовершенств в кристаллах, К., 1974; Конобеевский С. Т., Действие облучения на материалы, М., 1967: Кривоглаз М. А., Теория рассеяния рентгеновских лучей и тепловых нейтронов реальными кристаллами, М., 1967; Уманский Я. С., Чириков Н. В., Диффузия и образование фаз, М., 1974; Warren В. Е., X-ray diffraction, N. Y., 1969; Schuize G. R., Metallphysik, B., 1974.

Я. С. Умайский, Н. В. Чириков.

Рис. 5. Дебаеграмма сплава Fe - Al. При упорядоченном расположении атомов разного сорта, кроме обычных отражений 110, 200, 211. 220, 310, присущих твёрдому раствору с объёмноцентрированной кубической решёткой, появляются более слабые дополнительные сверхструктурные отражения 100, 111, 210, 300, 221. Нарушение порядка приводит к ослаблению интенсивности сверхструктурных линий.

Рис. 1. Профили линий дебаеграммы: а - узкие (неуширенные) сплошные отражения от кристаллитов размерами Рентгенография материалов 0,5 мкм; б - уширенные отражения от блоков мозаики размерами 0,1-0,2 мкм. β - полуширина размытой линии.

Рис. 2. Схема двойного вульф-брэгговского рассеяния (II) от блочного поликристалла в область малых углов ε от первичного пучка I.

Рис. 3. Диффузное рассеяние состаренного монокристалла Ni - Be. Дополнительное диффузное рассеяние вокруг отражений твёрдого раствора вызвано распадом пересыщенного твёрдого раствора с образованием мелкодисперсной новой фазы, имеющей ту же кристаллическую решётку, что и раствор, но отличающуюся по составу и удельному объёму (разные периоды решётки). Для каждого отражения приведены индексы интерференции, отличающиеся от миллеровских индексов порядком отражения.

Рис. 4. Дебаеграмма (а) аморфного твёрдого тела (или жидкости, расплава) и график (б) изменения распределения ρ(r) атомной плотности Hg с расстоянием r от центра неупорядоченного скопления. Появление нескольких первых размытых максимумов интенсивности I(S) (где ) вызвано неупорядоченным скопленнием атомов (ионов).

изменение механических и физических свойств материала под длительным действием циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Изменение состояния материала при усталостном процессе отражается на его механических свойствах, макроструктуре, микроструктуре и субструктуре. Эти изменения протекают по стадиям и зависят от исходных свойств, вида напряжённого состояния, истории нагружения и влияния среды. На определённой стадии начинаются необратимые явления снижения сопротивления материала разрушению, характеризуемые как усталостное повреждение. Сначала в структурных составляющих материала и по границам их сопряжения (зёрна поликристаллического металла, волокна и матрица композитов, молекулярные цепи полимеров) образуются микротрещины, которые на дальнейших стадиях перерастают в макротрещины либо приводят к окончательному разрушению элемента конструкции или образца для механических испытаний.

Количественно усталостный процесс описывается зависимостью между накопленным повреждением и числом циклов или длительностью нагружения по параметру величины циклических напряжений или деформаций. Соответствующая зависимость между числом циклов и стадией повреждения (в т. ч. возникновением трещины или окончательным повреждением) называется кривой усталости. Эта кривая - основная характеристика У. м. Накопление циклического повреждения отражает деформирование материала как макро- и микронеоднородной среды (для металлов - поликристаллический конгломерат, для полимеров - конгломерат молекулярных цепей, для композитов - регулярное строение из матрицы и волокон). Этот процесс в поле однородного напряжённого состояния (например, простого растяжения-сжатия) описывается механической моделью, звенья которой воспроизводят неоднородную напряжённость структурных составляющих материала; неоднородность характеризуется вероятностными распределениями величин микродеформаций и микронапряжений (включая остаточные). Циклическое нагружение таких неоднородных структур порождает в наиболее напряжённых структурных звеньях необратимые деформации (упругопластические, вязкоупругие), накапливающиеся с нарастанием числа циклов и длительности пребывания под циклической нагрузкой. Их увеличение до критических значений, свойственных материалу и среде, в которой он находится, приводит к зарождению макротрещины как предельного состояния на первой стадии усталостного разрушения. Кинетика изменения состояния материала на этой стадии проявляется субмикроскопически в изменении плотности дислокаций (См. Дислокации) и концентрации вакансий (См. Вакансия), микроскопически - в образовании линий скольжения, экструзий и интрузий на свободной поверхности остаточных микронапряжений; механически - в изменении твёрдости, параметров петли упруго-пластического Гистерезиса, циклического модуля упругости (См. Модули упругости), а также макрофизических свойств (электрического, магнитного и акустического сопротивления, плотности). На второй стадии усталостного разрушения накопление повреждения оценивается скоростью прорастания макротрещины и уменьшением сопротивления материала статическому (квазихрупкому или хрупкому) разрушению, определяемому изменением статической прочности, в том числе характеристиками вязкости разрушения как критическими значениями интенсивностей напряжений у края усталостной трещины.

Кривые усталости в области многоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов более 10⁵), за которые "ответственны" повторные упругие деформации, наносятся в амплитудах (или максимальных напряжениях) цикла в логарифмических (lgσ, lgN) или полулогарифмических (σ, lgN) координатах (рис. 1). В зависимости от особенностей материала, гомологических температур и физико-химической активности среды кривые усталости могут иметь либо асимптотический характер (кривая 1), либо непрерывно снижающийся с выпуклостью, обращенной к началу координат (кривая 2). Величину амплитуд напряжений σ_-1, являющихся асимптотами кривых усталости 1-го типа, называется пределом выносливости материала, а величину амплитуд напряжений (σ_-1) _Np, для которых разрушение достигается при числе циклов Np по кривым 2-го типа, - ограниченным (по числу циклов) пределом выносливости. Материалам более стабильных структур и для более низких температур свойственны кривые типа 1; материалам менее стабильных структур, для более высоких температур и активных сред - кривые типа 2.

Кривые усталости в области малоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов в 10⁴ и менее), за которые "ответственны" повторные пластические деформации, наносятся в амплитудах этих деформаций в логарифмических координатах lg ε_ap и lg N (рис. 2).

Лит.: Конструкционные материалы, т. 3, М., 1965, с. 382-90; Форрест П., Усталость металлов, пер. с англ., М., 1968; Серенсен С. В., Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению, М., 1975.

С. В. Серенсен.

Рис. 1. Кривые усталости в области многоцикловой усталости.

Рис. 2. Кривые усталости в области малоцикловой усталости.

фотографический снимок при помощи рентгеновских лучей.

РАДИОГР'АФИЯ, радиографии, мн. нет, ·жен. (от слова радио и ·греч. grapho - пишу) (неол. спец.). Фотографирование сквозь непрозрачные предметы с помощью лучей Рентгена.