Материал: Potekhin - Metallovedeniye 2019

Электронный архив УГЛТУ

3.1. Приготовление металлографических шлифов-микрошлифов

Микрошлиф – это небольшой образец, отрезанный от исследуемого металла, детали и имеющий подготовленную поверхность для изучения микроструктуры.

Место вырезки образца выбирают в зависимости от цели исследования и формы исследуемой детали» Выбранную поверхность шлифуют наждачным кругом или ручным способом на наждачной шкурке. При шлифовке вручную шкурку располагают на стекле или ровной плите и образец перемещают по этой шкурке "вперед-назад", слегка к ней прижимая. Шлифование следует проводить сначала только в одном направлении, при переходе на более мелкую шкурку (с № 100, 120…220 на № 240, 280, 320) обработку (перемещение образца) производят в направлении, перпендикулярном к рискам, оставшимся после шлифования на предыдущей шкурке, пока эти риски от предыдущей обработки не будут устранены, т.е. шлиф надо поворачивать на 90°.

Шлифовкой на все более тонкой наждачной бумаге стремятся достигнуть минимальной глубины рисок. Для полного удаления этих рисок образец полируют на специальном полировальном станке, вращающимся в горизонтальной плоскости, диск которого обтянут сериалом (фетр, бархат, тонкое сукно).

При этом круг периодически поливают водой с абразивным веществом (окись алюминия, окись хрома, паста ГОИ и т.д.). Полирование считается законченным, когда поверхность образца приобретает зеркальный блеск и на ней даже под микроскопом не видны риски и царапины.

Для приготовления металлографических шлифов малых размеров заготовки этих образцов предварительно монтируют в оправки (рис. 17, a), струбцины (рис. 17, б) и в таких сборках их шлифуют и полируют.

Рис. 17. Монтаж образцов: а в цилиндрической трубчатой оправке заливкой их в серу, акр или легкоплавкий сплав; б – монтаж плоских образцов в струбцине

19

Электронный архив УГЛТУ

Объект-микрометр устанавливают на предметный столик микроскопа, совмещением шкал объект-микрометра и окуляр-микрометра определяют цену деления окулярного микрометра (окулярной линейки). Далее совмещением шкалы окулярного микрометра с интересующей структурной составляющей (исследуемого образца) определяют ее размер.

Как правило, металлы промышленного производства - тела поликристаллические, т. е. они состоят из множества зерен, каждый кристаллит (зерно) представляет собой совокупность большого числа плотно упакованных и имеющих определенную ориентировку кристаллических плоскостей в пространстве (рис. 18).

Рис. 18. Схематическое увеличенное изображение поверхности: а неполированного образца б микрошлифа после травления;

MN – плоскость шлифа, выше которой был снят слой металла полировкой

При травлении границы зерен растворяются в реактиве (табл. 2) в большей степени, чем тело зерна и на их месте формируются канавки, рассеивающие падающий свет. Эти канавки при наблюдении в микроскоп выглядят темными и указывают местоположение в форму сечения зерна, попавшего в плоскость шлифа (рис. 18, б).

Таблица 2

Электролиты для химического травления металлографических шлифов

По строению одного или несколько сечений металлографических шлифов можно представить объемное строение металла или сплава (рис. 19).

20

Электронный архив УГЛТУ

Сплавы могут быть однофазными – все зерна имеют один тип и параметры кристаллической решетки, одинаковый химический состав (рис. 19, а); двухфазными состоят из двух типов зерен (структурных составляющих) и каждый тип имеет характерную кристаллическую решетку, может различаться химическим составом (рис. 19, б). Двухфазные сплавы могут иметь оболочковое строение (рис. 19, в), например, сталь У13 состоит из перлитных зерен, окруженных цементитной (Fe3C) оболочкой, такая структура называется оболочковой.

Рис. 19. Разновидности строения сплавов:

а– однофазные (Fe); б – двухфазные (аустенито-ферритная сталь);

в– двухфазные с оболочковой структурой (сталь У10)

3.2. Определение величины зерна

Из нескольких методов определения величины зерна (средней величины сечения зерна, наблюдаемой в оптический микроскоп) простотой и надежностью отличается метод С.А. Салтыкова.

Этот метод устанавливает связь количества узловых точек М на выделенной площади (SУЧ), которая определяется с помощью окуляра с квадратной сеткой и объект-микрометра (за выделенную площадь можно принять площадь всего поля зрения - круга) с количеством зерен N, приходящихся на эту площадь. Далее следует на выделенном участке площадью SУЧ сосчитать количество узловых точек, как показано на рис. 20, а полученные результаты измерений и вычислений занести в табл. 3.

Рис. 20. Узловые точки М на выделенном участке шлифа

21

Электронный архив УГЛТУ

Величина зерна весьма важная характеристика металлов, сплавов. Рассматриваемые методы широко используются в научных исследованиях.

Таблица 3

Методика определения среднего размера зерна, определением количества узловых точек М (а) и прямым измерением количества зерен N (б)

Примечания:

1.Средняя площадь зерна SЗ = 2 SУЧ/М.

2.Количество зерен N = Z + 0,5Y,

где Z – количество зерен внутри выделенного участка,

Y– количество зерен, рассеченных контуром выделенного участка SУЧ.

3.Средний диаметр зерна определяется как:

3.3. Определение объемной доли фазы в сплаве

Для определения объемной доли фазы или структурной составляющей в сплаве на изучаемый участок металлографического шлифа последовательно "наносят" несколько секущих линий АВ с помощью окулярной линейки (окуляр-микрометра), как показано на рис. 21.

Рис. 21. Микроструктура стали с ферритно-перлитной структурой, наблюдаемая в оптический микроскоп с окулярной линейкой

22