Využití neutronových difrakčních metod v materiálovém výzkumu

Petr Lukáš

Ústav jaderné fyziky, 250 68 Řež u Prahy

V posledních letech jsou neutronové difrakční metody stále častěji využívány v řadě interdisciplinárních vědních oblastí, přičemž významné uplatnění nacházejí také v materiálovém výzkumu a při řešení řady úloh aplikačního charakteru. Tento příspěvek je zaměřen na několik experimentálních metod, které jsou díky specifickým vlastnostem svazků termálních neutronů v materiálovém výzkumu využívány nejčastěji. Kromě principu metody a popisu používaného instrumentálního vybavení, bude praktické použití dané metody demonstrováno na příkladech výzkumných úloh řešených v Ústavu jaderné fyziky AV ČR v Řeži.

Neutronové difrakční studium vnitřních napětí v materiálech

Metoda vznikla modifikací rentgenové difrakční techniky. Ve srovnání s rentgenovou metodou, která se v podstatě omezuje na studie povrchové napjatosti, je hlavní výhodou neutronové varianty bezesporu schopnost získat informaci o distribuci vnitřních pnutí z relativně velkých hloubek v materiálu. Díky malé absorpci termálních neutronů ve většině materiálů, je prakticky možné získat informaci o hodnotách tenzoru deformace (resp. napětí) až z hloubek okolo 15 mm v ocelích či 3-4 cm v hliníkových slitinách. K dalším výhodám patří nedestruktivní charakter této metody, který z ní činí poměrně unikátní nástroj s velmi širokým využitím. K nejvýznamnějším aplikacím patří

· mapování reziduálních pnutí v technologicky významných komponentách

Distribuce vnitřních pnutí v některých kritických konstrukčních komponentách či jejich částech (turbínové lopatky, sváry, atd.) může zásadním způsobem ovlivnit použitelnost a životnost těchto konstrukčních prvků. Měření vnitřních pnutí, zpravidla kombinované s matematickým modelováním, je pak důležitým nástrojem při hledání optimální konstrukce, výrobního procesu a následného technologického zpracování těchto prvků.

· in situ studie deformačních mechanismů kovů a slitin

Metoda deformačních testů kombinovaná s difrakční metodou měření vnitřních pnutí je mimořádně vhodná pro studie deformačních mechanismů kovů a slitin. Difrakční experiment poskytuje řadu cenných informací o vývoji struktury a substruktury materiálu v průběhu plastické deformace, které jsou korelovány se současně měřenou mechanickou odezvou materiálu. Tato metoda je velmi užitečná při studiu deformačních mechanismů vícefázových materiálů, strukturní informaci je totiž možné získat z jednotlivých fází a lze tak popsat interakci těchto fází v deformačním procesu.

Texturní měření, speciálně měření deformačních textur in situ

Konvenční neutronový texturní difraktometr vybavený miniaturním deformačním strojem je vhodný pro studium vývoje textury v průběhu plastické deformace. Tato metoda byla vyvinuta v ÚJF pro zkoumání textur napěťově indukovaného martenzitu ve slitinách s tvarovou pamětí.

Maloúhlový rozptyl neutronů

Tato experimentální technika je určena pro studium morfologie strukturních nehomogenit v materiálech, například porozity a precipitace. Vzhledem ke svému významu je jí věnován samostatný příspěvek v tomto sborníku (P. Strunz, Maloúhlový rozptyl neutronů).