Основы металлографии

Картонова Л.В.

Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых,, 2017 г.

2.2. Приготовление микрошлифов

Изучение микроструктуры ведут на специально подготовленных образцах, которые называют микрошлифами. Чтобы получить достоверное представление о структуре исследуемого материала, необходимо правильно определить место вырезки образцов.

В случаях, когда микроструктурный анализ предусмотрен стандартом, размеры микрошлифов и способы их отбора стандартизованы (ГОСТ 1778-70). В остальных случаях место вырезки образца определяется задачами исследования.

При осуществлении контроля микроструктуры крупного объекта, от него сначала отбирают пробу.

Проба - часть металлопродукции, предназначенная для изготовления заготовок образцов. Далее из пробы вырезают заготовку (темплет).

Заготовка - часть пробы, обработанная или необработанная механически, подвергнутая, в случае необходимости, термической обработке, и предназначенная для изготовления образцов.

Образцы - часть пробы или заготовки определенного размера, обработанная или необработанная механически и доведенная до состояния, необходимого для конкретного испытания.

Пробы, заготовки и образцы отбирают из наиболее характерных зон металлопродукции. В литом металле различия в структуре вызваны различными условиями отвода тепла как по сечению, так и по высоте отливки; в деформированном металле - различной степенью деформации внешних и внутренних слоев металла.

Для исследования металлопродукции с неоднородной по сечению структурой используют только поперечный шлиф: его плоскость должна быть перпендикулярна оси изделия. При неоднородности структуры по высоте и длине детали вырезают несколько образцов из различных наиболее характерных зон.

Для изделий, у которых один размер (толщина) значительно меньше остальных (длины и ширины), например, отливок типа плит.

структуру изучают на шлифе, плоскость которого перпендикулярна наибольшей плоскости изделия.

Место вырезки образцов и их количество определяется целями и задачами исследования. Пробы, заготовки и образцы можно вырезать любым способом (на металлорежущих станках, гильотинных ножницах и т.п.). обеспечивающим сохранение структуры металла.

При ручной обработке для удобства изготовления микрошлифов из образцов, размеры которых меньше общепринятых, используют специальные приспособления - зажимы (державки). Образцы также можно запрессовывать или заливать различными твердеющими массами. При отсутствии соответствующего оборудования их заливают в оправки-кольца.

Изготовление микрошлифов сводится к последовательному выполнению следующих операций:

• грубая шлифовка: при этом производят выравнивание поверхности среза и излома на абразивных кругах или грубой наждачной бумагой;

• тонкая шлифовка:

• полировка.

После грубой шлифовки образец очищают от абразива и частиц металла и производят шлифовку на специальных шлифовальных станках или в ручную на шлифовальной бумаге различной зернистости. Ручная шлифовка выполняется на шлифовальной бумаге, помещаемой на стекле для создания ровной твердой поверхности. Шлифуют до тех пор. пока не исчезнут риски от предыдущей обработки, после этого образец очищают от наждачной пыли, поворачивают на 90°С и выполняют шлифовку на более тонкой шлифовальной бумаге.

После тонкой шлифовки для удаления частиц абразива и металла образец промывают под струей воды и подвергают полировке. Применяют два способа полировки образцов: механический и электролитический.

При механическом способе полировку производят на полировальном станке. При этом круг покрывают мягкой тканью: сукном.

фетром и т.п. чем мягче полируемый материал, тем строение применяемой ткани должно быть тоньше. При полировке ткань равномерно смачивается полировочной жидкостью, как правило, смесь абразивного материала с водой.

Электролитическая полировка заключается в выравнивании поверхности, подвергаемой анодному растворению. Такой вид полировки позволяет подготовить шлиф без наклепа, однако возможно избирательное растворение отдельных фаз.

Если металлографическое исследование не проводятся сразу после приготовления шлифа, то поверхность шлифа следует предохранить от возможного окисления. Такие шлифы особенно тщательно промывают спиртом и просушивают. Затем шлифы помещают в специальные сосуды (эксикаторы).

2.3. Методы выявление микроструктуры металлов

Изучение строение металлов и сплавов осуществляется на металлографических микроскопах сначала в полированном состоянии, затем после выявления микроструктуры границ между фазами.

Большинство способов выявления микроструктуры сводится к выявлению, получению рельефа на поверхности зерен и окрашиванию структурных составляющих.

Основные методы выявления микроструктуры:

• химическое травление:

• электрохимическое травление;

• тепловое травление;

• травление в солях при повышенных температурах.

При химическом травлении поверхность микрошлифа подвергается реактивов при заданной температуре. При этом выявление выполняют разными способами: погружением образца в травитель. смачиваем поверхности микрошлифа травителем и втиранием травителя в поверхность шлифа.

При составлении реактивов в качестве растворителей могут применять водопроводную или дистиллированную воду, различные спирты (этиловый, метиловый, бутиловый и т.п.). Все применяемые для составления реактивов вещества должны иметь высокую степень чистоты, от этого зависит качество микрошлифа. В приложении 1 приведены составы некоторых реактивов.

Под действием химических реагентов в чистых металлах и однофазных сплавах прежде всего выявляются границы зерен. Для выявления линий сдвига, двойников и т.п. необходимо более длительное и интенсивное травление. Растворение происходит и по поверхности зерен, но его скорость значительно ниже, чем на границах. После травления из-за потери отраженного света в углублениях между зернами границы зерен видны тонкими темными линиями.

При электрохимическом травлении приготовленный микрошлиф в качестве анода помещают в специальный раствор (электролит), катодом является металлическая пластина. При этом происходит растворение определенных фаз сплава и выявление его микроструктуры.

Особенно эффективен такой способ травления при выявлении структуры чистых металлов и твердых растворов. Однако приходится корректировать режим обработки для разных металлических материалов.

Электрохимическое травление обычно применяют для сплавов, из которых трудно приготовить микрошлифы, и если сплав сильно окисляется при химическом травлении или очень трудно поддается травлению.

При тепловом травлении на поверхности металла в следствии нагрева в результате взаимодействия с кислородом воздуха образуется окисная пленка. В первую очередь окисление происходит по границам зерен н различных фаз. При окислении поверхность микрошлифа сначала становится матовой, а потом приобретает различную окраску, которая зависит от химсостава сплава или фазы, температуры и продолжительности нагрева. Чем больше различаются фазы по способности к окислению, тем точнее будет результат.

Выявление структуры травлением в солях при повышенных температурах проводится тогда, когда другими методами она выявляется недостаточно хорошо или вообще не выявляется. Данный метод применяется для сплавов на основе хрома, вольфрама, никеля, ниобия и других металлов. Хорошо отполированный и обезжиренный микрошлиф погружают в расплавленную соль (NaCl. NaNO. KNO3. КОН. К2О) на определенное время при температурах 300-860°С. В зависимости от химсостава стали и используемой соли на поверхности микрошлифа окисные пленки разной окраски (разного состава).