Металлографический анализ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

«Металлографический анализ»

Металлография

Металлография - наука о структуре металлов и сплавов; раздел металловедения. Металлография исследует закономерности образования структуры металла, изучает его макроструктуру и микроструктуру, атомно-кристаллическое строение, влияние структуры на механические, электрические, магнитные и другие свойства.

Макроструктуру металлов и сплавов в металлографии наблюдают невооружённым глазом либо при небольшом увеличении (в 30-40 раз). Макроструктура характеризуется формой и расположением крупных кристаллитов (зёрен), наличием и расположением различных дефектов металлов, распределением примесей и неметаллических включений.

Исследования микроструктуры в металлографии производят с помощью светового или электронного микроскопов, с помощью дифрактометра

Металлография позволяет устанавливать взаимосвязь между структурой и свойствами металлических материалов. Устанавливая закономерности образования структуры, металлография прогнозирует свойства новых сплавов.

Помимо закономерностей образования структуры, металлография изучает условия и причины возникновения при кристаллизации, пластической деформации и рекристаллизации текстуры металлов, которая обусловливает анизотропию свойств поликристаллического материала.

Изучение структуры металла в металлографии проводят на специально подготовленных плоских и гладких поверхностях - шлифах. Приготовление шлифа заключается в шлифовке и последующей полировке металла.

Следующим этапом металлографического процесса является выявление структуры. Чаще всего это химическое травление. При этом поверхность шлифа подвергают воздействию специального реактива, в результате чего выявляются особенности химического и фазового состава и кристаллического строения (макроструктура и микроструктура) - границы зерен, различные фазы, неметаллические включения, поверхностные слои, поры, трещины и др. Для выявления структуры в металлографии также используют электролитическое травление и метод магнитной металлографии. Кроме того металлография практикует следующие способы выявления микроструктуры: тепловое травление, травление в расплавленных солях, катодное распыление, выявление микроструктуры по изменению объема.

Металлография включает в себя и физические методы контроля и исследования металлов, такие как рентгеноструктурный анализ, определение теплоёмкости и электросопротивления, неразрушающий контроль металлов и др.

Качественная металлография

В металлографической практике форма сечений микрочастиц (или самих микрочастиц) оценивается главным образом чисто качественными понятиями. Например, форма микрочастиц цементита в перлите определяется как зернистая, четкообразная или пластинчатая. Имеет место качественная металлография. Часто применяется полуколичественная оценка условными баллами при помощи шкал структур, представляющих произвольный набор тех же определений качественной металлографии, расположенных в определённой последовательности.

Количественная металлография

Количественная металлография - это металлография, занимающаяся изучением количественных характеристик микроструктуры.

Реальное положение вещей таково, что количественная металлография стала возможна относительно недавно, в конечном итоге - благодаря автоматическим анализаторам изображений (ААИ) и находится ещё только в начале своего развития. Основные операции количественной металлографии - подсчет, измерение и классификация элементов, находящихся в поле зрения. Под элементами пространственного микроскопического строения понимаются различные микрочастицы (зёрна, кристаллиты, включения, выделения и др.), а также точечные, линейные, ареальные (плоскостные) образования (точки, линии и поверхности стыка микрочастиц). Результатом операций количественной металлографии могут быть, в частности, количественные параметры зерна или объемные доли различных фаз в структуре сплава.

Стереометрическая металлография

Стереометрическая металлография - это комплекс методов количественной оценки пространственного микроскопического строения металлов и сплавов. Более развёрнутое определение: стереометрическая металлография - это система методов анализа, позволяющая получить полное представление о действительном пространственном строении сплава по плоскостной структуре - фазовом составе сплава, дисперсности, характеризуемой величиной удельной поверхности, количестве микрочастиц в объёме, их гранулометрическом составе, геометрической форме и т. д.

В качестве обобщения можно отметить, что металлография вообще является стереологическим методом качественного и количественного исследования структуры металлов и сплавов. Качественные (описательные) методы исследования структуры позволяют описать с помощью баллов или условных обозначений тип, форму, размер и взаимное расположение обнаруженных фаз и структурных составляющих методом сравнения с ранее разработанными эталонами микроструктур. Задача количественной металлографии состоит в изучении характеристик пространственного строения структуры путем измерения численных параметров микроскопического изображения.

Из истории развития металлографии

В России первые металлографические исследования железа и его сплавов были проведены Аносовым П.П. (1799-1851 гг.). Работая на Златоустовском металлургическом заводе (1830-1835 гг.), П.П. Аносов применил микроскоп для изучения структуры стали и ее изменений после ковки и термообработки и установил существование связи между строением и свойствами стали. Именно эти годы можно считать началом зарождения металлографии в России. В 60_х годах XIX века Видманштеттен и Сорби применили микроскоп для исследования строения железа метеоритов.

Основы научного металловедения, в рамках которого существует металлография, были заложены русским металлургом Д.К. Черновым, который открыл зависимость свойств стали от температуры нагрева и охлаждения, выявил взаимосвязь структуры и свойств стали. В 1878 году Чернов Д.К. изложил свои представления о механизме кристаллизации стали.

Металлография на сегодня имеет в своём распоряжении богатый арсенал средств и методов изучения структуры и средств металлов. Например, световые и электронные микроскопы, позволяющие совершать металлографические исследования при комнатной температуре. Для изучения изменений структуры металлов в процессе нагрева до высоких температур применяют специальные высокотемпературные микроскопы. Такую металлографию называют высокотемпературной металлографией.

Металлографические исследования

металлография оборудование стереометрический

Металлографические исследования - это комплекс испытаний и аналитических мероприятий, направленный на изучение макроструктуры и микроструктуры металлов, исследование закономерностей образования структуры и зависимостей влияния структуры на механические, электрические и другие свойства металла (сплава).

При металлографическом исследовании выполняется ряд операций, в результате которых получают достоверные данные по качественному и количественному составу материала. Любое металлографическое исследование включает в себя четыре этапа:

· Пробоотбор

· Пробоподготовка

· Собственно металлографический анализ

· Статистическая обработка результатов анализа.

Общая погрешность результатов металлографического исследования равна сумме погрешностей на каждом из вышеназванных этапов, и, конечно же, при выполнении металлографического исследования необходимо стремиться к получению результата с минимальной погрешностью.

Помимо комплекса мероприятий пробоподготовки для оптических исследований (включает в себя пробоотбор, запрессовку, шлифовку, полировку и травление), в металлографическое исследование обязательно входит процедура распознавания и анализа структуры с помощью микроскопии. Кроме того, сегодня сложно представить себе металлографические исследования без современных систем анализа изображения (программное обеспечение для металлографических лабораторий).

Очевидно, что наиболее характерным видом металлографического исследования является выявление микроструктуры металлов, затем анализ микроструктуры металлов (сплавов), а также анализ макроструктуры.

Однако к функциям металлографической лаборатории нередко относят также исследования механических свойств металлов и сплавов. В случаях, когда на предприятии нет отдельной службы, такой как лаборатория механических испытаний, к разряду металлографических исследований относят также такие испытания, как:

· Испытание на растяжение, сжатие;

· Ударные испытания;

· Измерение твёрдости металлов и сплавов;

· Определение микротвёрдости отдельных фаз.

В целях изучения закономерностей структурообразования в металлографических исследованиях также применяют термическую обработку сплавов, при этом используют самые разные виды и режимы термообработки: отжиг, нормализация стали, закалка, отпуск, старение, обработка стали холодом.

Оборудование для металлографических исследований

· Отрезные станки;

· Прессы для запрессовки;

· Оборудование для холодной заливки;

· Шлифовально-полировальные станки;

· Сушильные шкафы;

· Микроскопы в комплексе с системами анализа изображений;

· Твердомеры и Микротвердомеры;

· Печи, ванны, закалочные баки для термообработки.

Металлографическое оборудование (Оборудование для металлографии)

Металлографическое оборудование применяется в металловедческих лабораториях, научно-исследовательских институтах, в производственных лабораториях металлургических, машиностроительных и других предприятий. Металлографическое оборудование служит для исследования микроструктуры металлов, их макроструктуры, измерения микротвёрдости металлических фаз. Поэтому сложно представить себе современную лабораторию без такого оборудования для металлографии, как микроскопы в комплексе с системами анализа изображений, твердомеры и микротвердомеры. Лабораторию металлографии оснащают, в зависимости от задач, световыми, электронными микроскопами, различными системами архивирования и анализа изображений, оборудованием для измерения твёрдости и микротвёрдости.

Стоит отметить, что полноценный металлографический анализ невозможен без высококачественной подготовки поверхности образца к исследованию, поэтому к не менее важному лабораторному металлографическому оборудованию относится оборудование для пробоподготовки, это: абразивные отрезные станки и прецизионные пилы; прессы для запрессовки образцов; оборудование для холодной заливки; ручные и автоматические шлифовально-полировальные станки.

Кроме того, в лаборатории также может использоваться вспомогательное оборудование для металлографии: сушильные шкафы (сушка образцов и лабораторной посуды); печи, ванны, закалочные баки для термообработки.

В металловедческих лабораториях также находит применение такое оборудование, как дефектоскопы, толщинометры, анализаторы состава металлов.

Уважающий себя поставщик оборудования не просто продаёт высококачественное лабораторное оборудование для металлографии, оптимизирующее производственный процесс по всем параметрам, но и всегда предоставляет техническое сопровождение - гарантийное и послегарантийное сервисное обслуживание.

Семинар по металлографии

2-3 февраля 2010 г. специалисты Исследовательского центра Модификатор приняли участие в семинаре, который был посвящён металлографическому оборудованию и металлографическим методам автоматического анализа изображений (ААИ), и состоялся на кафедре металловедения и физики прочности МИСиС.

Московским Институтом Сталей и Сплавов (Технологический Университет) совместно с компанией «С-Инструментс» 2 и 3 февраля был организован семинар по металлографии на тему «Оборудование BUEHLER^TM для подготовки металлографических образцов и создание автоматизированного комплекса металлографического анализа на основе материаловедческих микроскопов Carl Zeiss^TM и линейки программных продуктов ImageExpert^TM». Семинар состоялся на кафедре металловедения и физики прочности МИСиС (г. Москва).

В семинаре принимали участие представители производственных металлографических лабораторий разных предприятий страны.

Теоретическая часть включала в себя лекции по следующим направлениям:

· Металлографическое оборудование. Отрезные станки для металлографии. Особенности абразивной и прецизионной резки.

· Оборудование для холодной и горячей запрессовки. Особенности запрессовки различных образцов.

· Шлифовка и окончательная полировка металлографических образцов. Семейство шлифовально-полировальных станков Buehler. Выбор расходных материалов.

· Микротвердомеры и микротвёрдость. Автоматизация процесса измерения значений микротвёрдости.

· Оптические материаловедческие микроскопы. Стереомикроскопы. Новые прямые микроскопы. Инвертированные микроскопы.

· Назначение систем анализа металлографических изображений. Программы для качественного и количественного анализа.

· Электронные микроскопы и системы микроанализа для материаловедения.

Практические занятия проводились на демонстрационном оборудовании упомянутых фирм. Участники имели возможность самостоятельно опробовать отрезной станок, оборудование для горячей и холодной запрессовки металлографических образцов, шлифовально-полировальный станок. Была проведена демонстрация удобства измерения микротвёрдости и сбора соответствующей статистической информации с помощью современного оборудования и программного обеспечения.

Для удобства обучение проводилось параллельно в двух группах, в результате слушатели ознакомились с большим объёмом информации и смогли задать все интересующие их вопросы. Участникам были выданы сертификаты об успешном прохождении курсов по металлографии.

Пробоподготовка

Пробоподготовка - это комплекс определённых действий над объектом анализа для подготовки пробы к последующему анализу того или иного вида. В настоящей статье рассмотрена процедура пробоподготовки применительно к металлографическому анализу.

Пробоотбор и пробоподготовка являются ключевыми этапами металлографического анализа. Выбор операции на стадии подготовки пробы зависит главным образом от решаемой задачи, природы объекта и метода последующего определения. Правильный выбор методов пробоотбора и пробоподготовки обеспечивает получение надежных результатов всего исследования. Погрешности, заложенные на стадиях пробоотбора и пробоподготовки, не поддаются устранению на последующих стадиях анализа. Ошибки и неточности на этой стадии аналитической процедуры могут существенно ухудшить качество анализа, а в ряде случаев - сделать его результаты бессмысленными. Для качественной пробоподготовки используют специализированное оборудование.

Весь комплекс операций на этапах пробоотбора и пробоподготовки называется опробованием. Опробование - это сложный процесс перехода от партии к пробе, он включает в себя последовательные операции, это: пробоотбор - пробоподготовка - анализ, каждая из которых очень важна.

Пробоподготовка делится на две стадии. Первая стадия пробоподготовки - это получение представительной пробы определённого размера, массы, состава. Вторая стадия пробоподготовки - это приведение пробы в состояние (вид), требуемое для анализа (например, шлифовка, полировка и травление - для микроскопии).

Этапы пробоподготовки для лаборатории металлографии

Стандартная металлографическая пробоподготовка включает в себя комплекс мероприятий при подготовке образцов для оптических исследований.

Этапы пробоподготовки для металлографического анализа в современной лаборатории:

· пробоотбор, включающий в себя резку (распиловку) образцов,

· запрессовка проб в субстрат для подготовки образцов к шлифовке (обязательно в случае исследования тонких, мелких образцов),

· шлифовка (шлифование поверхности образца),

· полировка (полирование поверхности образца),

· травление поверхности образца (при необходимости).

Оборудование для пробоподготовки

· Отрезные станки

· Прессы для запрессовки

· Оборудование для холодной заливки

· Шлифовально-полировальные станки

· Сушильные шкафы

Пробоотбор

В то время как пробоподготовку и анализ (структуры, химического состава и др.) осуществляют в хорошо оборудованных лабораториях по аттестованным методикам, пробоотбор находится на стыке промышленной технологии и лабораторного анализа, поэтому иногда пробоотбору уделяют недостаточно внимания.

Методики пробоотбора и пробоподготовки могут быть оформлены в виде технологических инструкций. В любом случае сертификаты партии той или иной продукции должны составляться на основании документов, описывающих пробоотбор, пробоподготовку и, собственно, испытания по аттестованной методике анализа.

Пробоотбор металлов и сплавов имеет некоторые особенности.

Пробы жидкого (расплавленного) металла отбирают при разливе или же из уже разлитого металла после перемешивания и удаления шлака. Существует ряд методик пробоотбора жидкого (расплавленного) металла.

При отборе пробы* твёрдого металла (представленного в виде отливки) структура металла может быть неоднородной. Поэтому пробоотбор осуществляют в наиболее характерных зонах металлопродукции. Правила пробоотбора установлены соответствующими стандартами.

Пробоотбор для металлографии осуществляют огневым способом (автогеном) или холодным (на металлорежущих станках). Во время пробоотбора необходимо соблюдать меры, предохраняющие образцы от нагрева и наклёпа (которые могут привести к изменению структуры и свойств).

Разработка методик пробоподготовки

Предлагаем услуги по разработке эффективных методик пробоподготовки для производственных лабораторий. Весь комплекс подготовки образцов к исследованию от этапа пробоотбора до получения качественного шлифа, и даже больше: собственно, сам металлографический анализ, включающий в себя методики получения изображений с помощью микроскопии и анализа изображений, а также документирование результатов анализа. Разработка методик пробоподготовки для конкретных (индивидуальных) производственных условий.

*В металлографии проба - это часть металлопродукции, отобранная для изготовления из неё заготовок для образцов, из пробы вырезают заготовку. Заготовка - часть пробы, обработанная или необработанная механически, которая может подвергаться термообработке и предназначается для изготовления образца. Образец - часть заготовки определённого размера, подготовленная для испытаний. Проба может служить заготовкой, а заготовка может служить образцом, если изделие имеет соответствующие размеры.

Расходные материалы для лабораторий

Компании, поставляющие металлографическое оборудование для производственных и исследовательских лабораторий металлографии, также предлагают лабораториям широкий выбор расходных материалов.

К расходным материалам для лабораторий относятся фильтры, фиксаторы и клеи, бумага различного назначения, одноразовая посуда, очистительные растворы и многие другие мелочи, необходимые для работы лаборанта. В металлографической лаборатории применяют специальные расходные материалы для резки, запрессовки и шлифовки образцов.

Расходные материалы для лабораторий находят применение в исследовательском и производственном процессе самых разных отраслей науки. По выбору расходных материалов для лабораторий и их применению порой требуется консультация эксперта. За разработкой методик пробоподготовки, включающих в себя, в том числе, подбор оптимальных расходных материалов для лабораторий, можно обратиться к нашим специалистам.

Расходные материалы для лабораторий металлографии

Расходные материалы для лабораторий металлографии можно разделить по назначению следующим образом:

· Расходные материалы для лабораторной резки.
Для резки в современных лабораториях применяют абразивные и алмазные диски для прецизионных пил и отрезных станков. (Абразивная резка - это наиболее распространенный метод разделения образцов для микроструктурного анализа; прецизионные пилы обычно используют для «капризных» образцов - маленькой формы, высоко чувствительных, хрупких, очень твердых и т. д.)

· Расходные материалы для запрессовки образцов.
В лаборатории металлографии практикуется запрессовка под давлением (компаунды и предотвержденные таблетки - термоактивные полимеры и термопласты) и холодная заливка (расходные материалы для холодной заливки - заливочные компаунды, формы для холодной заливки и др.)

· Расходные материалы для шлифовки и полировки поверхности: шлифовальные диски, шлифовально-полировальная бумага, абразивные материалы, алмазные шлифовальные диски, полировальные ткани, абразивные порошки, алмазные полировальные составы.

· Другие расходные материалы и аксессуары для лабораторий: специальные расходные материалы для очистки (обезжиривания) и травления образцов; растворы для ультразвуковой очистки; фиксаторы, клеи; аксессуары для микроскопии и т. д.

Металлографический анализ

Металлографический анализ - это анализ структурообразования металлов и сплавов, то же, что и металлографическое исследование. Несмотря на то, что металлографический анализ и металлографическое исследование это синонимические понятия, во второе определение принято вкладывать более широкий смысл (подробнее - на странице Металлографические исследования). Исходя из этого, можно сделать вывод, что металлографический анализ является одним из методов металлографических исследований.

Понятие «металлографический анализ» трактуют, как метод изучения микро- и макроструктуры металлов и сплавов с помощью визуального наблюдения при различном увеличении. То есть металлографический анализ это комплекс именно оптических исследований металлов и сплавов.

Любой металлографический анализ включает в себя четыре этапа:

· Пробоотбор

· Пробоподготовка

· Собственно металлографический анализ

· Статистическая обработка результатов анализа.

Под металлографическим анализом подразумевают изучение микроструктуры металлов и сплавов, а также их макроструктуры в условиях металлографической лаборатории при помощи специального оборудования, приспособлений и по специализированным методикам.

Основным инструментом металлографического анализа является металлографический микроскоп. В настоящее время существует большой выбор специализированных металлографических микроскопов, ориентированных на те или иные производственные условия. Кроме того, получили широкое распространение полуавтоматические системы металлографического анализа изображений, включающие в себя цифровую камеру и программное обеспечение.

Для металлографического анализа разработан и используется ряд стандартов, в частности следующие:

· ГОСТ 1778-70 Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.

· ГОСТ Р ИСО 4967-2009 Сталь. Определение содержания неметаллических включений. Металлографический метод с использованием эталонных шкал.

· ГОСТ 5640-68 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.

· ГОСТ 22838-77 Сплавы жаропрочные. Методы контроля и оценки макроструктуры.

· ГОСТ 10243-75 Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры.

· ГОСТ 8233-56 Сталь. Эталоны микроструктуры.

· ГОСТ 30415-96 Сталь. Неразрушающий контроль механических свойств и микроструктуры металлопродукции магнитным методом.

· ГОСТ 9391-80 Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры.

· ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.

· ГОСТ 1763-68 Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя.

· ГОСТ 3443-87 Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры.

· ГОСТ 9.908-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.

Размещено на Allbest.ru