Жеке тапсырма

3.1 Металл құрлымының микроанализі

Металдың немесе құйманың бақыланып отырған кристалдық құрылымын микроқұрылымын деп атайды. Зерттеу үшін макроталдау қолданылады.

Макроталдауды металдағы өлшемдерді өлшеу, дәндердің формасы мен орналасуын, дентриттік немесе құрылымның талшықтылығын, күкірт пен фосфор ликвациясын, тесіктер мен сынуларды анықтау үшін қолданады.

Металдардың құрылымын арнайы үлгі – микрошлифтың көмегімен қарастырады. Кесілген үлгіні тегістеуші қағазымен тегістейді, содан соң структуралық құрылымдардың еріте алу қасиеттеріне негізделген қабілетін ескере отырып микротүйіршіктерді анықтау, сыну және металдағы басқа да ауытқуларды анықтау үшін химиялық реактивтермен атқылайды.

Металдың кішкентай, көзбен көрінбейтін құрылымдарын – микроструктура деп атаймыз. Микроталдаудың көмегімен металл құрамын металлографиялық микроскоптың көмегімен зерттейді. Микроталдауды ең алғаш рет 1831 жылы П.П. Аносов қолданған болатын. Ал қазіргі таңда осы әдіс өнеркісіпкте өте жиі қолданылады. Микроталдау металл структурасын құйылған – қыздырылған күйде ғана анықтауға мүмкіндік бермей, сыртқы механикалық әсерден кейін, сонымен қатар әр түрлі термиялық және физика- термиялық кайта өндеуден кейін де құрылымды анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар металдың сапасын анықтауға, яғни оның кірлеуі және бейметалдық қосындылары (сульфидтер, оксидтер) арқылы түйіршіктердің өлшеулерін, тереңдігін және т.б. анықтауға мүмкіндік береді.

Микроқұрылымының зерттеуі кезінде шлиф бетін сапалы дайындау маңызды рөл атқарады. Ол үшін зертелетін материалдан кесіліп алынатын кішігірім микрошлиф алынады. Оның бір жағын тегістеп, жылтыратып, содан соң арнайы реактивпен улауға ұшыратады. Құрылымды анықтау үшін жеке құрағыштарды түрлі улауына және түрлі бояуына негізделіп анықталады. Улаудың мақсаты – әр түрлі структуралық құрылымдармен жасанды түрде металда жарықтың түрлі шашырауын туғызу немесе дәндерді бір – бірінен бөліп тұратын айқын шекаралар алу керек.

3.2 Микроқұрылымыды аңықтау үшін үлгіні дайындау

Резка и заливка образца. Для испытаний металлов и сплавов следует применять плоские образцы, вырезанные из металла в состоянии поставки или их изделий.

Металдарды және қоспаларды сынау үшін жазық үлгіні қолдану керек. Ол үлгіліер металдан дәл өңдірістен әкелінген күйінде немесе олардың бұйымдарынан кесілуі тиіс.

Металдық бұйымдар әр кезде біркелкі құрылымда болмайды. Металдың құрылымы жайлы дұрыс пікірді қалыптастыру үшін үлгі алынатын жерді дұрыс таңдап алу қажет.

Егер ірі обьектінің микроқұрылысын қадаласа, мысалы құйманың онда ол обьектіден пробаны алады. Проба-метал өңімінің бөлігі, оның алыну мақсаты үлгі дайындау үшін дайындама жасау болып табылады. Содан кейін пробадан дайындама кесіліп алынады. Дайындама – үлгі жасау үшін арналған механикалық өңделген немесе өңделмеген, қажетті жағдайда термиялық немесе химиялық өңделуге ұшыраған пробадан кесіліп алынған метелл бөлігі. Үлгі ол сынауға дайын дайындаманың бір бөлігі.

Егер бұйым орташа өлшемдерге ие болса мысалы 30 мм-лік сым, дайындама проба болып табылады. Егер бұйымның өлшемі үлгінің өлшеміміен шамалас болса онда дайындама үлгі болады.

Пробалар және дайындамалар автогенмен алынады немесе кесу арнайы пышақтармаен, гильотиналармен алынады. Пробаларды және дайындамаларды алған кезде металдың микроқұрылымын бұзатын металды қузудан және әр-түрлі терең дефектілерден сақтау қажет.

Пробаларды және дайындамаларды автогенмен кескен кезде кесу линиясынан 15-20 мм арақашықтық қалдырып автогенмен кеседі. Ал суық әдіспен кескен кезде(пышақ, аранайы қайшы, гильотина және т.б) 5-20мм қалдырып кеседі, дайындаманың қалыңдығына байланысты.

Үлгілердің өлшеміне, пішініні зерттеу мақсатымен, бұйымның конфигурациясы және өлшемімен аңықталады. Көбінесе цилиндірлік және тікбұрышты пішіндегі үлгілерді кеседі. Олардың биіктігі 15-20 мм, ал зерттелетін беттің ауданы 2-3см². Қолдарды жаралап алмас үшін үлгінің үшкір бөліктерің арнайы құралдармен алынып тастайды.

Болттың үлгісін жасау барысында болт бойынша бойлық қима жасалды (сурет1).

Сурет 1. Бойлық қима жасалғанға дейінгі болттың көрінісі

Бойлық қима жасалған соң дайындаманың үшкір жақтары, кедір-бұдыры тегістеу станогында алынып тасталды (сурет 2). Үлгілердің кедір бұдыры жойылған соң оларды көбінесе домалақ пішіні бар ыдысқа салып арнайы ретіндімен құйады. Болтты тегістеу станогында тегістеген соң эпоксидті шайырмен құйылды. Одан кейін қату үшін үлгі 12 сағ қалдырылды (сурет 3).

Сурет 2. Бойлық қима жасалғаннан кейінгі болттың көрінісі	Рисунок 3. Эпоксидтік смоламаен құйылған шлифтін түрі

Тегістеу. Үлгілерді дайындау технологиясында маңызды операциялардың бірі болып табылады. Бұл операцияның басты мәні бетке келтірілген механикалық зақымдардың дәрежесін адам баскарып отыру керек. Ал одан кейін келтірілген зақым жылтырлату негізінде жоғалуы қажет.

Тегістеу (2-5) минут аралығында кесуден кейінгі қалған зақымдарды өшіріп және берілген түзу жазықты жасай алу қабілетіне ие ең кіші-дәнді материалдан басталуы керек. Тегістеудің әр кейінгі операциялары қолданылатын абразив түйіршігі өлшемдерінің кішіреген ретімен жүреді.

Практикалық түрде міндетті шарт ретінде «дымқыл» тегістеуді қолдану керек. Сондықтан, металлогрфиялық шлифтерді дайындау үшін қағаз негізіндегі сутіреуіш теріні қолдану міндетті шарт болып табылады.

Үлгінің бірінші тегістеуін үлгіні қыздыруды қажет етпейтін, түйіршігі 70-180 (кесте 2). болатын абразивті дөңгелектерде жүргізіледі (сурет4). Бұл абразивтерде тегістеуді жүргізуде үлгіні бір күйде ұстап тұру керек. Кедір-бұдырлығы жоғары қағаздан төменге көшерде үлгіні және қолды дұрыстап жуу қажет, себебі тегістеу кезінде ірі үлгі бөлшектерінің кішірегіне ауысып кету мүмкіндігін шектеу керек болады. Түйіршігі кішірегіне көшкен сайын өңдеудің 90º бағытын өзгертіп отыру керек. Берілген терідегі тегістеудің соңын анықтауды жеңілдетеді. Кедір-бұдыр бетті теріден ең жіңішке бетке бірден көшуге болмайды, себебі дөрекі штрихтер алдыңғы өңдеуден соң кіші абразив ұнтағымен және металл шаңына толтырылып қалады, ол жақсы тегістеудің жалған әсерін тудырады.

Қағаздың біркелкі тозуын қамтамасыз ету үшін және біржақты өңдеуді шектесек үлгіні тегістеу кезінде айналып тұрған диск центрінен сол диск бетінің бойымен ақырын қозғалтып отыру қажет. Бұдырлыға төмен қағаздан, бұдырлығы жоғары қағазға көшуге болмайды.

Кесте 2. Абразивті материалдардың өлшемі

Сурет 4. Кедір-бұдырлық дәрежесі әр-түрлі абразивті қағаздар

Металографиялық шлифтердің тегістеуі арнайы тегістеу станоктарында жүзеге асады (сурет 5) немесе қолмен арнайы үстелшелерде жасалады. Тегістеу станогы ол электроқозғалтқыш арқылы қозғалықа келетін 2 шеңбер. Ал тегістеу үстелі ол тіктөртбұрышты, арнайы серіппелі қысқыштары бар үстел.

Металдан жасалған дөңгелектердің бетіне арнайы тегістеу қағазынан қиылған дөңгелекті қояды. Ал кей кезде ірі дәнді тегістеу қағазының орнына карборундтық дөңгелектерді қолданады. Механикалық тегістеу де, қолмен тегістегендегі сияқты тегістеу терілерін ауыстырып отырады, іріден кіші дәнді бетке. Беттің қызып кетуінің алдын - алу үшін механикалық тегістеуді суытқыш сұйықты қолдана отырып жүргізу қажет.

Сурет 5. Радиоактивті материалдармен жұмыс істеуге арналған арнайы боксы бар тегістеу станогы

Жылтырлату. Металлографиялық шлифтерді жылтырлатуды тегістеуден кейінгі бетте қалған қисықтарды деформациясыз жою үшін қолданады. Шлифтің жылтырлатуын механикалық, электролиттік және химиялық әдістері бар.

Механикалық жылтырлату. Механикалық жылтырлатуда үлгілерді жіңіщке абразив материалымен өңделеді. Металлографиялық жылтырлату көбінесе алюминий қышқылы, хром қышқылы және темір қышқылын қолданады. Жылтырлататын суспензияның дайындар алдында бір сағат аралығында отырған фракцияны алып тастау үшін жылтырататын материалдарды көп мөлшердегі суға дымқылдап алған дұрыс (1 литр суға (1-2) грамм ұнтақ). Механикалық жылтырлатуды арнайы жылтырлатуды жүргізетін фетрмен не бархатпен тартылған дисктен тұратын станокта іске асады.

Өте жиі жылтырату кезінде алмаз пасталарын қолданады. Алмаз пасталарының ішінде алмаз микроұнтақтары АСМ және АМ болады.

Жылтырлатқыш дискті өлшенген күйде өте ұсақ дисперсті жылтырлататын ұнтақ бөлшектерінен тұратын: хром қышқылы, алюминий қышқылы, темір қышқылы немесе т.б. қосындылардан тұратын сулы жылтырлатқыш сұйықтықпен дымдайды. Жылтырлатқыш ұнтақ пен органикалық сұйықтардан (спирт, керосин, глицерин) тұратын суспензияны қолдануға болады. Жылтырлатуда үлгіні алғашқыда дисктің бағытталуы соңғы тегістеудегі сызықтар бағытына перпендикуляр ұстаған дұрыс болады. Бұнда сызықтардың жоғалу сәтін ұстау оңай болады. Диск бетінде өңдеу кезінде үлгіні тегістеушінің жағында қозғалатын дискінің сол бетінде ұстау ыңғайлы және қауіпсіз болады

Жылтырлатудың соңында үлгіні диск айналуына қарсы бұру ұсынылады. Жылтырлату микрошлифтің беті айна тәріздес тегіс болған кезде тоқтатылады. Микрошлиф бетінде дефектілердің болмауы беттің дұрыс жоғары сапалы критерийі болып табылады.

Кей жағдайда, егер механикалық жылтырлату қанағаттандыратын нәтиже бере алмаса (өте жұмсақ металдар мен олардың қоспаларында) электролиттік немесе химиялық жылтырлатуды қолданады.

Электролиттік жылтырлату — өңделетін бетті жылтыр және жұмсақ қылу үшін анодтық еру әсерін пайдаланатын тәсіл. Өңделетін бетті арнайы электролитке салып, ток көзінің оң полюсіне анод ретінде қосады. Катод ретінде өткізгіш ток пластина жұмыс жасайды. Пайда болған тізбекте токтың өтуі кезінде өңделетін беттің таңдалатын еруі болады, онда беттің кедірлері жоғалады.

Электрожылтырлату беттің ірі кедірлерін жояды (0,01 мкм – ге дейін). Электрожылтырлатуды аса таза өңдеудің әдісі ретінде қолданады, ондағы коррозиялық тұрақтылықты жоғарлату және сыртқы беттің жақсаруы үшін, сонымен қатар гальваникалық бетті жағу үшін бөліктердің бетін дайындайды. Бұл тәсілді сонымен қатар өте жіңішке сымды және фольганы алу үшін қолданады.

Химиялық жылтырату. Сыртқы электрлiк әсерінсіз өңделетiн ерiтiндіде дайындаманы батыру химиялық жылтыратуларда жүзеге асырылады. Ерiтiндiнiң құрамына және химиялық жылтырлатуының өңдеуiнiң шарттарына байланысты тегiстелген, бiрақ жылтыр емес бетті алуға болады. Химиялық жылтырату гальваникалық қаптаулар, металлографиялық бөлшектердiң беттерiн әшекейлеу, беттi дайындау үшiн қолданылады. Химиялық жылтырату белгiлер, сызаттар, жырмалар, көпiршiктер, жаймалаудың iздерiн беттен алып тастау үшiн қолданылады. Барлық тегiс еместiктерді өңдеу кернеу шоғырлануының кемiтуiне мүмкiндiк туғызған жиектердi дөңгелектеуге және бұйымдардағы ресурстың жұмысын жоғарлатуға әкеледі. Жылтырату бөлшектер бетіндегі қалдық кернеулердi алуға жауаптылардың бiрі болып табылады.

Әдiстi табысты игеру үшiн негiзгi ерiтiндiнiң құрамын дұрыс таңдап алу қажет. Өңдеудiң сапасы өңделетін материалға да байланысты болады. Салқын жаймалаудан өткен жоғары жиілікті техникалық алюминий, күйдiргеннен кейінгі алюминийден қарағанда жақсы жыртырлайды. Химиялық жолмен жылтыратып өңделген беттер өңдеуден кейiн тоттан аман болу үшiн суда жуылады. Химиялық және электролиттiк жылтыратудың қасиеттерiн салыстырғанда, химиялықта жабдықтың құны мен жалпы өңдеу құны салыстырмалы төмен болады[5].

Уландыру. Жылтыр үлгi, біріншіден микроскоппен зерттеуді қажет етеді. Шлифтың улауға дейінгі беттік зерттеулері (жарықшақтарды зерттеу) ақаулары бар болу болмауын анықтауға мүмкіндік бередi. Жылтыр үлгiнiң бетін жуып, майын кетiріп және кептiрiп алу қажет. Беттегі майды кетiру үшiн (C4H10O) этилді эфирдi, (C3H6O) ацетон, (C2H5OH) этил спиртi, (CH3OH) метил спирті қолданады.

Үлгiні жуу үшін кей кезде майды кетiрген сұйықтармен де жуады, бiрақ көбінесе кәдімгі тазартылған суды қолданады. Үлгiнi жуудан кейiн сүзгi қағазымен кептiредi немесе жылытқан құрғақ ауада ұстайды. Уланбаған үлгiні екі түрлі көбейткіш дәрежесінде: үлгінің жалпы көрінісін құру үшін - кіші (50-100) – ді қолданады, ал беттi зерделеу үшiн, жеке және металл емес кiрмелердiң түсін зерттеу үшін – үлкен көбеюлердi қолданады.

Микроқұрымды шығару әдістері көбінесе фазалар арсындағы шектің шығуымен көрінеді.

Қазіргі кезде микроқұрылымды шығару әдістерінің негізгілері болып мыналар саналады:

- ерітінділермен химялық улау;

- электроток көмегімен электрохимиялық улау;

- жоғарғы температурада ауа оттегің әсерімен «жылулы улау»;

- ерітілген тұзда улау.

Химиялық улау. Химиялық улау кезінде шлифтің беті берілген температурада, белгілі бір уақытқа дейін химиялық реакция әсеріне ұшыратылады. Улау жалпы (толық микроқұрылыстың көрінуі) және таңдаулы (микроқұрылыстың қандай да бір бөлігінің көрінуі) болуы мүмкін.

Еріткіш түріндегі улағыш жасау үшін су құбыры немесе дистиллирген су, әр түрлі спирт, сонымен қатар ацетон қолданылады. Еріткішті таңдау улағыш пен ерітінді құрамына байланысты. Егер жоғары жылдамдықты улағыш және қарама-қайшылы сурет керек болса еріткіш ретінде су қолданылады. Улағышты жасау үшін әдетте қышқылды, сілтіні, тұзды қолданады.

Электролиттік улау. Анод ретінде алынған шлифті арнайы құрамды ерітіндіге салады – электр тогын өткізетін электролит, катод ретінде арнайы дайындалған металды пластина қызмет етеді. Электр тогын жүргізген кезде ерітіндінің (анод) арнайы фазалары ериді және оның микроқұрылысы көрінеді.

Бұл әдіспен әдетте шлиф дайындау қиын болатын қсспаны улайды. бұл әдіс сонымен қатар қсспаны химялық улау кезінде қатты қышқылданып кетсе немесе улауға берілмесе қолданылады.

Электрлік улауды электр жылтырату кезінде қолднылған жерде жүргізеді, бірақ басқа ретте: кернеу, ток тығыздығы, улау уақыты электро жылтырату кезіндегіден көп есе аз.

Бұл әдістің кемшілігі улау жүйесі қоспаның химиялық құрамына, механикалық және термиялық өңдеулеріне өте сезімтал. Көп жағдайда әр ерітінді үшін әр түрі улау жүйесі болу керек.

Улау аяқталғаннан кейін шлифтің қышқылданбауы үшін оны улау қалдықтарынан және улау өнімдерінен тазалайды. Ол үшін алдымен шлифты ағынды сумен жуып, спиртпен сүртеді де, кептіреді. Өте таза бетті шлифті алу үшін келесідей ерітіндімен қайта-қайта жуу керек: 50 % ацетон, 50 % метиль спирті және 0,5 % лимон қышқылы; 50 % ацетон және 50 % метиль спирті; таза бензолмен [6].

3.3 Микроқұрылымды зерттеу нәтижелері

Микрошлифті тегістеуден және жылтыратудан кейін болттың микроқұрылымы Olympus BX41 металографиялық микроскоппен зерттелді (сурет 6).

а) х1,25	б) х5
в) х20	г) х100
Рисунок 6. Снимок микроструктуры до травления под разными увелечениями

Суреттерден көріп отырғанымыздай үлгінің түйіршіктері аңық көрініп тұрған жоқ. Бұл әр-түрлі қоспалардың себебінен болып тұр. Суретте байқалып тұрған қара дақтар ол болатты дайындау барысында оған қосылатын әр-түрлі қоспалар.

Металдың құылымын аңық көру үшін шлифтін бетін уландыру қажет. Болттың құрылымын аңық көру үшін оның бетін азот қышқылымен уландырды. Уландыру әр-түрлі жүргізілді. Уландыру болттың екі жерінде түрліше өткізілді. Бірінші ауданда уландыру терең болған жоқ, яғни қышқылмен әрекеттесу уақыты аз болды., ал екінші ауданда ол терең өтті, яғни қышқылмен беттің әрекеттесу уақыты ұзағырақ болды. Уландырудың олай жасалуы бірінші ауданда прокаттаудың және жасаудың т.б технологиялық ерекшеліктерінің болттың микроқұрылымына әсерін зерттеу болып табылса, екінші ауданда микроқұрылымдағы түйіршіктердің, қоспалардың өлшемдерің аңық көру үшін жасалды (сурет 7)

а)х 5. Бірінші аудан	б) х 40. Бірінші аудан
в) х5.Екінші аудан	г) х40.Екінші аудан
Рисунок 7. Микрошли микроқұрылымының уландырудан кейінгі фотосуреттері Фотографии микроструктуры микрошлифа посде травления

Как видно из снимков на фотографии где прошло не глубокое травления отчетлива видны зерна которые расположены в виде волокон. Такое расположение волокон доказывает что болты делаются из прокатонной стали. При увелечении в 40 раз отчитливо видны примеси расположенные между зернами. Также видно что при не глубоком травлении цвета зерен сравнительно одтинакового цвета, а при глубоком разного цвета. Это связано с тем что при глубоком травление гораздо лучше выявляются фазы(феррит, перлит, цементит, аустенит). Как уже говорилось выше по мере увелечения углерода все больше становится перлита.Темные пластинчитые пятна и являются перлитом. Так как перлит дисперсный его очень трудно отчетливо увидеть без травления[7,8].

Поиск по сайту: