Краткие теоретические сведения

Волгоградский государственный педагогический университет

Кафедра общетехнических дисциплин

Котов Н.В., Жукова И. И.

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ПРИГОТОВЛЕНИЕМ МИКРОШЛИФОВ И ИЗУЧЕНИЕ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО МИКРОСКОПА

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

по курсу «Материаловедение»

Волгоград

«Перемена»

УДК 669.017

Составители -

Н. В. Котов, канд. техн. наук, доц. каф. ОТД ВГПУ.

И. И. Жукова, канд. техн. наук, доц. каф. ОТД ВГПУ,

Рецензент –

Н. А. Бубнов, канд. техн. наук, зав. каф. ОТД ВГПУ.

Ознакомление с приготовлением микрошлифов и изучение металлографического микроскопа.: Метод. указ. к лаб. работе по

курсу «Материаловедение» / Сост. Н. В. Котов, И. И. Жукова ¾

Волгоград: Перемена, 2005. ¾ 15с.

Даны краткие теоретические сведения по приготовлению микрошлифов и

устройству металлографического микроскопа МИМ-7. Сформулирована цель

работы и задание, приведён порядок её выполнения, содержание отчёта и контроль-

ные вопросы.

Предназначена для студентов 1 курса инженерно-педагогического факуль-

тета по специальности 030600 «Технология и предпринимательство».

УДК 669.017

ã Н. В. Котов, И. И. Жукова, 2005.

- 3 -

Цель работы:

1. Ознакомление с методикой приготовления шлифов для микроскопичес-кого исследования структуры металлических сплавов.

2. Изучение устройства металлографического микроскопа МИМ-7 и приобретения навыков работы на нём.

3. Проведение микроскопического анализа образцов металлических сплавов.

Краткие теоретические сведения

Под структурой понимают строение металла или сплава. По способу её исследования различают макроструктуру (строение, видимое невооружённым глазом или при небольшом увеличении с помощью лупы не более чем в 20…40 раз) и микроструктуру (строение, наблюдаемое с помощью микроскопа при больших увеличениях до 1000…1500 раз).

Структурными составляющими сплава называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение с присущими им характерными особенностями.

Макроанализ выполняют на изломах или на специальных, как правило, крупных макрошлифах (темплетах), вырезаемых из слитков, поковок и т.п. изделий, поверхность которых шлифуют, полируют, а затем травят специаль-ными реактивами. Травители благодаря способности различным образом

окрашивать и растворять различные составляющие сплавов позволяют выяв-лять форму и расположение зёрен в литом металле (размером более 0,2…0,01 мм); волокна (деформированные кристаллиты) в поковках и штамповках; дефекты, нарушающие сплошность металла (усадочные раковины, газовые пузыри, трещины); химическую неоднородность сплава, вызванную процессом кристаллизации, термической или химико-термической обработкой.

Микроструктурным анализом на специально подготовленных микрошлифах выявляют взаимное расположение и форму составляющих, размеры которых больше 0,15…0,2 мкм. Технология подготовки микрошлифов:

1. Из исследуемого металла вырезают небольшой (~ 10×10×15 мм) образец.

2. Одну из сторон образца затачивают на плоском абразивном круге для создания плоскости. Способ и режимы вырезки и затачивания образца должны такими, чтобы не изменять исходную структуру на значительную глубину за счёт нагрева или пластической деформации.

3. Далее эту плоскость шлифуют на шлифовальных шкурках 4…5 различных номеров, с постепенно уменьшающимся размером зёрен абразива (табл.1), заканчивая процесс на шлифовальных шкурках с размером основной фракции ≤ 14 мкм.

Каждое зерно абразива представляет собой кристаллический осколок твёрдого материала и является как бы микрорезцом, а рёбра зёрен – режущей

- 4 -

кромкой. При движении образца по поверхности шлифовальной шкурки абразив снимает с него слой металла.

Таблица 1

Крупность основной фракции абразива (ГОСТ 3647 – 71)

В процессе шлифования на поверхности образца образуются риски в виде впадин и выступов (рис. 1 а), величина которых зависит от величины зерна абразива. При каждом переходе на более мелкую шкурку шлиф поворачивают на 90º и шлифуют до полного удаления рисок, образовавшихся в процессе предыдущей обработки (рис. 1 б). С целью предупреждения случайного попадания более крупных зёрен абразива желательно при переходе на более мелкую шкурку образец и руки тщательно промывать водой.

Абразивные материалы представляют собой измельчённые породы: природные (алмаз, корунд, кварц и др.) и искусственные (нитрид бора, карбид кремния, окись алюминия и др.). Шлифовальную шкурку изготавливают следующим образом. На специально подготовленную бумажную или тканевую основу электростатическим или механическим способом наносят абразивный материал и закрепляют его на основе с помощью клеящего вещества.

- 5 -

4. Полирование – процесс получения зеркальной поверхности шлифа.

Используют три способа полирования: механический, электрохимический и

электролитический.

Механическим способом шлиф полируют на полировальном станке.

Полировальный круг станка покрывают мягкой тканью (сукном, драпом, шёлком и т.п.), на которую наносится алмазная паста, паста ГОИ или равномерно наносится полировочная жидкость - смесь (суспензия) абразивного материала (окислы хрома или окислы алюминия) с водой. При полировании шлиф периодически поворачивают для более равномерной обработки всей поверхности.

Электрохимическая (химическая)полировка образцов основана на избирательном растворении выступов неровностей полируемой поверхности

погружением обрабатываемой поверхности в кислотные смеси, иногда с добавкой органических присадок. Механизм этого растворения до конца не выяснен и управлять процессом затруднительно. Поэтому химическая полировка служит

лишь дополнением к электролитической, хотя скорость подготовки шлифа при химической полировке выше, чем при электролитической.

Электролитическая полировка приводит к образованию гладкой и блестящей поверхности за счёт анодного растворения выступов микрорельефа. Для электролитической полировки применяется специальная установка – рис. 2. Шлиф 2 (анод) включают в цепь постоянного тока, создаваемого выпрямителем 6 и помещают в электролизную ванну 3, заполненную электролитом 4. Катодом служит металлическая или графитовая пластинка 1. Для равномерного протекания процесса электролит перемешивают мешалкой 5.

Рис. 2. Схема установки для электролитического полирования и травления шлифов.

1 – металлическая пластинка (катод); 2 – шлиф (анод); 3 – электролизная ванна; 4 – электролит; 5 – мешалка; 6 – выпрямитель.

- 6 -

Для каждой пары «полируемый металл – электролит» должен быть подобран оптимальный режим полирования: температура электролита, напряжение и плотность электрического тока, время полирования, материал катода. В принципе электрополированием получается волнистая поверхность, но длина волн достаточно велика и не мешает микроанализу.

5. После полирования любым способом шлиф промывают водой, а затем спиртом или бензином и просушивают фильтровальной бумагой.

6. Травление микрошлифа для выявления микроструктуры с помощью реактивов, состав которых зависит от вида сплава или металла и от вида

предшествующей его обработки. В табл. 2 для примера представлены

некоторые реактивы.

После описанной подготовки микрошлиф устанавливается на предметный столик микроскопа для наблюдения. Вследствие неодинакового травления зерна и его границ, вследствие различной травимости отдельных фаз сплава при наблюдении под микроскопом выявляются границы зёрен и фазы, имеющие различное строение.

Таблица 2.

Реактивы для химического травления микрошлифов

из некоторых металлов и сплавов

- 7 -

Микроскоп МИМ – 7 предназначен для наблюдения и фотографирования микроструктуры металлов и сплавов с увеличением в 60…1440 раз. Металлографический микроскоп в отличие от биологического позволяет рассматривать непрозрачные вещества в отражённом, а не в проходящем свете. Он пригоден также для изучения горных пород, пластмасс, древесины и других непрозрачных тел.

Рис. 3. Оптическая схема микроскопа МИМ – 7 при работе в светлом поле.

1 – зеркало; 2 – фотопластинка; 3 – фотоокуляр; 4 – выдвижное зеркало;

5 – окуляр; 6 – линза; 7 – анализатор; 8 – отражательная пластина; 9 – объектив; 10 – микрошлиф; 11 – линзы темного и светлого полей; 12 – пентапризма;

13 – полевая диафрагма; 14 – фотозатвор; 15 – поляризатор; 16 – линза;

17 – апертурная диафрагма; 18 – коллектор; 19 – светофильтр; 20 – лампа осветительная; 21 – зеркало.

- 8 -

В качестве источника света использована кинопроекционная лампа 20 (рис. 3) типа 7-30 с напряжением 17 В, включаемая через понижающий трансформатор в электрическую сеть.

Оптическая система (рис. 3) состоит из коллектора 18, светофильтра 19,

зеркала 21, линзы 16, пентапризмы 12, отражательной пластинки 8, объектива 9, линзы 6, зеркала 4, окуляра 5. Назначение зеркал 1, 4, 21 и пентапризмы ломать оптическую ось с целью получения более компактной конструкции микроскопа.

Отражательная пластинка 8 направляет в объектив лучи, которые, отразившись от плоскости шлифа 10, вновь проходят через отражательную пластинку и попадают на линзу 6. При визуальном наблюдении в ход лучей вводится зеркало 4, которое отклоняет лучи в сторону окуляра 5. При фотографировании структуры зеркало 4 выводится из хода лучей и они проходят к фотоокуляру 3 и, отразившись от зеркала 1, попадают на фотографическую пластинку 2. Апертурная диафрагма 17 ограничивает сечение пучка света, обеспечивая различную интенсивность освещения, а полевая диафрагма 13 служит для ограничения участка наблюдаемого объекта до размеров поля зрения окуляров. Светофильтры 19, направляя лучи определённых цветов, позволяют не только изучать структуру в различном цвете, но и менее утомлять глаз при длительной работе (жёлто-зелёный).

Объектив даёт увеличенное обратное изображение шлифа и представляет собой сложное сочетание линз, собранных в одной общей оправе, расположенной близко к рассматриваемому объекту. Объективы имеют собственное увеличение до 200 раз. Окуляры с увеличением до 20 раз предназначены для увеличения изображения, полученного объективами, а также для исправления оптических недостатков объективов. Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра. Для наблюдения структуры в поляризованном свете в ход лучей включают вкладные поляризатор 15 и анализатор 7.

К механической системе микроскопа (рис. 4) относят: предметный столик 11 с винтами 7 для перемещения его в двух взаимно перпендикулярных направлениях, винты 4 грубой подачи и винт 16 тонкой (микрометрической) подачи предметного столика в вертикальном направлении с целью фокусировки, тубус 14 для перемещения зеркала, нижний 18 и верхний 15 корпус, фотокамеру 17 с матовым стеклом, устройство осветителя 1, иллюминатора 12, кожуха пентапризмы 6, светофильтра 19 и держателя 9, 10 для закрепления шлифа на предметном столике.

К микроскопу прилагаются наборы объективов и окуляров, различное сочетание которых обеспечивает возможность наблюдения объектов при различных увеличениях.

- 9 -

Рис. 4. Общий вид микроскопа МИМ –7.

1 – осветитель; 2 – винты центрирующие осветитель; 3 – рукоятка регулировки апертурной диафрагмы; 4 – рукоятка грубой настройки на резкость; 5 – руко-ятка полевой диафрагмы; 6 – кожух пентапризмы; 7 – винты для перемещения предметного столика; 8 – окно; 9 – вертикальный держатель; 10 – прижим держателя; 11 – предметный столик; 12 – иллюминатор; 13 –окуляр;

14 – визуальный тубус; 15 - верхний корпус; 16 - винт микрометрической настройки на резкость изображения; 17 - фотокамера; 18 – нижний корпус;

19 - светофильтры.

- 10 -

Поиск по сайту: