Микроструктурный анализ металлов
Цель работы. Изучение методики проведения микроструктурного анализа, устройства металлографического микроскопа МИМ-7, анализа микрошлифов до и после травления.
План работы
1. Ознакомиться с устройством металлографического микроскопа МИМ-7, зарисовать его оптическую схему.
2. Исследовать структуру нетравленных и травленных микрошлифов
3. На нетравленных микрошлифах определить количество неметаллических включений в баллах по ГОСТ 1778-70, а на тепленных — величину зерна.
Пояснения к работе
В зависимости от величины и вида изучаемых элементов структуры, из которых состоят металлы и сплавы, и методов их исследования в современном металловедении приняты три определения структуры металлических твердых тел:
1. Микроструктура - структура, наблюдаемая с помощью оптических микроскопов при увеличении до 2000 раз. Наименьшая величина деталей структуры 0,2 мкм, т. е. 2000 нанометров.
2. Субструктура металла - внутреннее строение зёрен, характеризуемое типом, количеством и взаимным расположением дефектов кристаллической решётки. В недеформированном металле зёрна состоят из субзёрен, развёрнутых друг относительно друга на углы порядка угловых минут; эти блоки разделены субграницами.
3. Атомно-кристаллическая структура - упорядоченное взаимное расположение атомов, существующее в кристалле.
 |
Рис. 1 Зёренное строение металлов
Микроструктурным анализом (микроанализом) называется исследование металлов и сплавов с помощью оптических микроскопов. Впервые микроскоп для исследовании структуры металлов применил русский ученый П. П. Аносов в 1831 г.
Микроанализ является одним из самых распространенных методов исследовании и проводится на специально приготовленных образцах—микрошлифах, которые могут быть нетравленными и травленными. Между микроструктурой и свойствами металлов и сплавов существует прямая качественная зависимость. Поэтому целью микроанализа является полное изучение строения металлов и сплавов и получение информации об их свойствах.
Приготовление микрошлифов
Приготовление микрошлифов состоит из следующих операций:
1. Вырезка образца, подготовка поверхности. Исследуемый образец; вырезают из той части изделия или заготовки, которая представляет интерес для исследования. При этом образец не должен значительно нагреваться, так как это может вызвать структурные изменения в металле. Наиболее удобный размер образца считается 12x12x10 мм, по при необходимости возможны и иные размеры. Подготовка поверхности производится следующим образом: грань, предназначенную для шлифования, выравнивают напильником или абразивным кругом до получения плоской поверхности.
2. Шлифование. Шлифование проводится так же, как и приготовление макрошлифов (см. лаб. работу № 1), но заканчивается на более мелкозернистой бумаге. После шлифования на поверхности образца остаются риски, которые увеличиваются под микроскопом и не дают четкого изображения объекта, т. к. рассеивают световые лучи (рис. 2,а). Поэтому далее обрабатываемая поверхность образца подвергается полированию, которое может быть механическим, электрохимическим или химико-механическим.
3. Полирование. Для механического полирования используют быстровращающиеся диски полировальных станов, которые обтягивают сукном, а для мягких сплавов (алюминий, медь)—бархатом. На полировальный круг наносятся специальные пасты (ГОИ, алмазная и др.) и водные взвеси Аl2О3, МgО для интенсификации процесса полирования. После получения зеркальной поверхности образец промывают водой, этиловым спиртом и просушивают фильтро-
вальной бумагой.
4. Травление. После изучения нетравленных шлифов производят их травление, которое заключается во взаимодействии поверхности миккрошлифов с химически активными растворами кислот, щелочей, солей в спирте или воде. Сущность травления состоит в неодинаковой растворимости, а иногда и окрашивании реактивом зерен, границ между ними, вследствие различия в их строении или химическом составе. При травлении реактив в первую очередь воздействует па границы зерен, эти места имеют наиболее дефектное строение и в травленном шлифе становятся углублениями.
Свет, попадая на них, будет рассеиваться и в поле зрения микроскопа они будут казаться темными, а тело зерна — светлым.
Рис. 2 Приготовление микрошлифа: а – шлифованная поверхность; б – полированная поверхность; в – травленая поверхность (однородная структура); г - травленая поверхность (неоднородная структура).
Благодаря различной кристаллографической ориентировке зерен металла на поверхности микрошлифа травимость даже однородных зерен будет неодинаковой. Это приводит к образованию микрорельефа на поверхности шлифа, участки которого в различной степени рассеивают световые лучи.
В сплаве с неоднородной структурой травимостъ зерен различной природы отличается еще сильнее (рис. 2,г). Травление сталей и чугунов проводят 2 — 4%-пнм раствором НNО3 в этиловом спирте. Реактив наносят на поверхность микрошлифа капельницей или ватным тампоном, смоченным реактивом .