Микро- и макроанализ материалов

Лабораторная работа №1

Тема: Микро- и макроанализ материалов

Цель: Ознакомиться с методами микроскопического анализа, научиться проводить микроскопический анализ

Задание

1. Изучить устройство и принцип работы металлографического микроскопа

2. Зарисовать оптическую схему микроскопа

3. Описать порядок приготовления микрошлифа и привести его вид до и после травления

4. Описать методику приготовления макрошлифа и зарисовать макроструктуру образца

5. Составить отчёт о работе согласно пунктам задания

Оборудование: Раствор кислотно-серного железа, металлографический микроскоп, образец латуни, наждачная бумага различной зернистости, шлифовальный станок, пипетка, фильтровальная бумага.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство и принцип работы металлографического микроскопа

Для получения больших увеличений применяют микроскопы. В микроскопе (рис. 1.1) имеются две увеличивающие оптические системы - объектив (линзы 1 и 2) и окуляр (линзы 3 и 4).

Рассматриваемый предмет А В помещают перед объективом немного дальше его фокуса F. При освещении предмета А В лучи света отражаются от него, проходят через линзы 1 и 2 объектива, преломляются в них, проходят через линзу 3 окуляра и дают обратное увеличенное, действительное изображение предмета В₁ А₁.

При рассмотрении глазом изображения B₁A₁ через линзу 4, являющуюся лупой, будет видно мнимое, увеличенное обратное изображение В₂А₂, которое и является окончательным изображением предмета. Обычно изображение В₂А₂ проектируется на расстоянии ясного зрения (250 мм).

Качество микроскопа характеризуется возможным увеличением, совершенством изображения, разрешающей способностью микроскопа.

2. Зарисовать оптическую схему микроскопа

Рисунок. 1.1 Оптическая схема микроскопа

3. Описать порядок приготовления микрошлифа и привести его вид до и после травления

Шлифование поверхности образца

Полученную плоскую поверхность образца шлифуют на шлифовальной (наждачной) шкурке с зернами различных размеров (номеров) Шлифование начинают на шкурке с более крупным абразивным зерном, затем постепенно переходят на шлифование шкуркой с более мелким абразивным зерном.

Шлифуют вручную на шкурке, положенной на толстое стекло, или на специальных шлифовальных станках. При шлифовании вручную образец подготовленной плоскостью прижимают рукой к шлифовальной шкурке и водят им по бумаге в направлении, перпендикулярном к рискам, полученным после опиливания напильником. Шлифуют до полного исчезновения рисок, после этого поверхность образца вытирают ватой (или промывают), поворачивают на 90° и шлифуют на шкурке с более мелким абразивным зерном до полного исчезновения рисок, полученных от предыдущего шлифования. При замене шкурки одного размера зернистости другим образец вытирают ватой и поворачивают на 90°, чтобы риски при последующей обработке получались перпендикулярными к рискам от предыдущей обработки.

Полирование поверхности образца

После окончания шлифования на шлифовальной шкурке самой мелкой зернистости полированием удаляют риски, и обрабатываемая поверхность образца получается блестяще зеркальной. Полировать можно механическим и электролитическим способами.

Механическое полирование производят на специальном полировальном станке с кругом диаметром 200-250 мм, обтянутым сукном или фетром. Круг от электродвигателя вращается со скоростью 700-800 об/мин. Сукно смачивают полировальной жидкостью. К вращающемуся кругу с сукном прижимают отшлифованной поверхностью образец и в процессе полирования поворачивают. Полируют до полного исчезновения рисок и получения зеркальной поверхности, что занимает при хорошо отшлифованной поверхности 5-10 мин.

Чтобы получить хороший результат полирования, образец не следует сильно прижимать к сукну, так как при этом хотя и ускоряется удаление рисок, но происходит деформирование поверхностного слоя и искажение структуры, выкрашивание хрупких включений. Сильный нажим на образец приводит также к более быстрому высыханию полировальной жидкости и к возможному пригоранию поверхности. Полировальными составами являются взвешенные в воде мелкие порошки окиси алюминия (глинозем), окись хрома, окись железа (крокус) и окись магния (магнезия).

Образец держат в левой руке полированной поверхностью вверх, па поверхность наливают (при помощи капельницы или пипетки) небольшое количество травителя так, чтобы травитель быстро разлился и покрыл всю полированную поверхность.

Признаком протравливания является потускнение поверхности. После травления микрошлиф промывают водой, протирают ватой, смоченной спиртом, а затем просушивают прикладыванием фильтровальной бумаги или легким протиранием сухой ватой.

Рисунок 1.2 Микроструктура образца до травления

Рисунок 1.3 Микроструктура образца после травления

4. Описать методику приготовления макрошлифа и зарисовать макроструктуру образца

Место и способ вырезки образца.

Образец для макроанализа вырезают в определенном месте и в определенной плоскости в зависимости от того, что подвергают исследованию - отливку, поковку, штамповку, прокат, сварную или термически обработанную деталь, и что требуется выявить и изучить - первичную кристаллизацию, дефекты, нарушающие сплошность металла, неоднородность структуры. Поэтому образцы вырезают из одного или нескольких мест слитка, заготовки или детали, как в продольном, так и в поперечном направлениях.

Получение плоской поверхности образца. Поверхность образца для макроанализа обрабатывают на фрезерном или строгальном станке (если материал с невысокой твердостью) или на плоско шлифовальном станке (если материал твердый). Для получения более гладкой поверхности образец шлифуют вручную.

При шлифовании по поверхности образца водят шлифовальной шкуркой, обернутой вокруг деревянного бруска. Шлифование начинают шкуркой с наиболее грубым абразивным зерном, затем постепенно переходят на шлифование шкуркой с более мелким зерном. При переходе с одного номера шкурки на другой направление шлифования меняют на 90°. После шлифования образцы протирают ватой и подвергают травлению.

Рисунок. 1.4 Дефекты, нарушающие сплошность металла; травление 50%-ной соляной кислотой: а - поры; б - трещины

Рисунок. 1.5 Макроструктура литой стали; травление 15%-ным раствором персульфата аммония

Рисунок, 1.6 Макроструктура поковки полуоси автомашины. Направление волокон повторяет внешние очертания поковки; травление 50%-ной соляной кислотой

5. Составить отчёт о работе согласно пунктам задания

Микроанализ позволяет выявить наличие или отсутствие ликваций, микротрещин, величину зерна, примерный химический состав, прочие дефекты невидимые вооружённым глазом. Макроанализ позволяет выявить достаточно крупные дефекты: трещины, разрывы, неметаллические включения, поры, коррозионный износ.