Теоретическое введение. Металлографический анализ подразделяется на микро и макроанализ.

Металлографический анализ подразделяется на микро и макроанализ.

Макроанализ заключается в исследовании строения сплавов невооруженным глазом или при небольших увеличениях (до 30 раз). Строение металлов и сплавов определяемое таким методом называется макроструктурой. Подготовка макрошлифа заключается в следующем: заготовка разрезается на две части, одну часть зачищают на станке и шлифуют.

После шлифовки для выявления макроструктуры темплеты подвергают глубокому травлению химическими реактивами (растворами и смесью кислот или щелочей), которые выбираются в зависимости от состава сплава и цели исследования.

Макроанализ позволяет выявить.

1 Строение металла или сплава в литых деталях или слитках (зернистое или дендритное), наличие и характер распределения зон кристаллизации, усадочной рыхлости, пузырей, трещин ит.д.

2 Химическую неоднородность, получаемую в процессе кристаллизации. Сера, фосфор и углерод в процессе кристаллизации имеют склонность к неравномерному распределению по высоте и сечению слитка, что сильно сказывается на свойствах отдельных его участков. Это явление называется ликвацией.

3 Строение металла после горячей обработки давлением (прокатки, ковки, штамповки). После обработки давлением металла давлением, внутреннее строение металлов и сплавов получается более плотным, чем после литья, так как в процессе горячей обработки давлением частично устраняется пористость рыхлость и др.

В процессе обработки давлением различные структурные составляющие и неметаллические включения дробятся и вытягиваются вдоль направления деформации, образуя волокнистость. Механические свойства металла оказываются различными, в зависимости от направления волокна. Ударная вязкость поперек волокна в 3 - 4 раза выше чем вдоль волокна. Для деталей, работающих при повышенных удельных нагрузках необходимо, чтобы волокна располагались параллельно контуру детали, что достигается правильным выбором способа обработки давлением.

4 Неоднородность состава и структуру создаваемую термической и химико - термической обработкой. Макроанализом определяют глубину и характер распределения закаленного, цементованного, азотированного, цианированного слоя.

5 Характер излома металла или сплава. По излому можно установить характер разрушения: вязкое, хрупкое или усталостное.

Микроанализом называется исследование внутреннего строения металлов и сплавов с помощью оптического микроскопа при увеличении от 50 до 1500 раз и электронного от 5000 до 60000 раз.

Внутреннее строение, изучаемое при помощи микроскопа, называется микроструктурой или структурой. Изучение структуры производится на микрошлифах. В отличие от макрошлифов, размеры микрошлифов ограничены. Наиболее удобен микрошлиф с площадью поперечного сечения 1 см^2. . Шлифовка производится более тщательно, чем макрошлифов и заканчивается полировкой. В качестве абразива используются оксиды хрома, алюминия или алмазная паста. При полировании должны быть удалены все риски и поверхность должна приобрести зеркальный вид. Готовый шлиф промывается водой, спиртом, сушится фильтровальной бумагой. Затем исследуется под микроскопом при увеличении 100 с целью определения качества его изготовления, наличия и распределения неметаллических включений (графита, сульфидов, оксидов и т.д.).

Для выявления структуры шлиф травят, в зависимости от состава сплава и целей исследования в различных реактивах. Чаще всего применяют слабые спиртовые растворы кислот или щелочей.

Любой металл или сплав является поликристаллом. На границах зерен обычно располагаются примеси и более искаженное кристаллическое строение, чем тело зерна. Под действием травителя, вследствие различного потенциала зерна и его границы и различного потенциала структурных составляющих, процесс травления происходит по разному и на поверхности шлифа появляется микрорельеф. При рассмотрении в оптическом микроскопе этот микрорельеф будет создавать светотеневой эффект. Различные структурные составляющие, травящиеся неодинаково по разному отражают свет. Структура, травящаяся сильнее, кажется под микроскопом более темной (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Границы зёрен чистых металлов и твёрдых растворов

Максимальное полезное увеличение микроскопа зависит от разрешающей способности глаза и микроскопа:

М = d₁/d_2,

где - d₁ - максимальная разрешающая способность человеческого глаза, равная 0, 3 мм;

d ₂- максимальная разрешающая способность оптического микроскопа.

Максимальная разрешающая способность микроскопа зависит от длины волны видимого света и определяется по формуле:

d₂ = λ /2nsinά /2,

λ - длина волны видимого света;

ά /2- половина угла раскрытия входящего светового пучка. Предельная величина угла равна 90^о следовательно sinά /2 равен 1.

Максимальная разрешающая способность микроскопа равна 0, 0002 мм, а максимальное полезное увеличение 1500 раз.

Принципиальная схема хода лучей в микроскопе представлена на рисунке 2.2.

1 – осветитель; 2 – диафрагма; 3 – осветительная линза; 4 – призма; 5 – объектив;

6 – предметный столик; 7 – микрошлиф; 8 – окуляр

Рисунок 2.2 – Схема хода лучей в металлографическом микроскопе

Между микроструктурой и свойствами многих металлов и сплавов существует прямая зависимость, поэтому в практике металловедения микроанализ является основным методом, позволяющим полно изучить строение металлов и сплавов а следовательно, получить сведения об их свойствах.