Лабораторная работа n 1

Устройство металлографического микроскопа и определение величины зерна сталей и сплавов

1.Цель и содержание работы: ознакомиться с устройством металлографического микроскопа МИМ-7 и методами исследования металлов и сплавов, определить величину зерна

2.Применяемое оборудование, материалы и инструмент: металлографический микроскоп МИМ-7, микрошлифы, микрометр

Вопросы к теории:

1. Изучить оптическую, световую и механическую системы металлографического микроскопа (зарисовать рисунок 1 «Оптическая схема микроскопа»)

2. Изучить методику приготовления микрошлифов

3. Освоить навыки работы на микроскопе и настроить микроскоп на получение четкого изображения микроструктуры. Зарисовать структуру углеродистой стали при 100-кратном увеличении.

4. Определить величину зерна на различных микрошлифах сравнением изучаемой микроструктуры со стандартной шкалой.

3. Пояснения к работе

Микроструктура металлов и сплавов изучается при помощи металлографических микроскопов, которые позволяют изучать микроструктуру металлов и сплавов в отраженном свете.

Увеличение, получаемое при исследовании микроструктуры, равно произведению увеличения, получаемого двумя основными линзами микроскопа - объективом и окуляром. Объектив обращен к рассматриваемому предмету, окуляр - к глазу исследователя.

В современных оптических микроскопах может быть получено увеличение от 170^х до 4000^х.Большие увеличения (до 20000^х - 25000^х ) и более получают при применении электронных микроскопов.

По конструкции микроскопы разделяются на 2 группы -вертикальные и горизонтальные. Вертикальные микроскопы, марок МИМ-6, МИМ-7; горизонтальные, марки МИМ-8.

Металлографические микроскопы состоят из следующих основных узлов.

- оптическая система,

- осветительная система,

- механическая система.

3 1. Оптическая система

Оптическая система микроскопа МИМ-7 состоит из основных частей: объектива и окуляра - и вспомогательных оптических элементов - зеркал, призм, отражательных пластин.

Оптическими дефектами микроскопа являются сферическая и хроматическая аберрации.

Сферическая аберрация заключается в том, что лучи, преломляемые краем линзы и ее центральной частью, не сходятся в одной точке, что обуславливает получение размытого изображения. Сферическая аберрация исправляется применением составной фронтальной линзы, состоящей из двух линз - выпуклой и вогнутой, имеющих одинаковую, но различно направленную сферическую аберрацию. Для уменьшения сферической аберрации применяют также фронтальные линзы полушаровой формы.

Хроматическая аберрация состоит в том, что различные цветовые лучи, составляющие белый цвет, преломляются неодинаково и не собираются в одной точке. Вследствие этого вокруг исследуемого объекта возникает цветная каемка Хроматическая аберрация исправляется применением объективов - ахроматов и апохроматов. Ахроматы сохраняют аберрацию трех монохроматических лучей, анохроматы - двух, поэтому степень цветовой коррекции у апохроматов выше, чем у ахроматов, и анохроматические объективы применяются для больших увеличений, ахроматические - для средних и малых.

При микроструктурном анализе могут применяться сухие и иммерсионные объективы.

Объектив называется сухим, если между объективом и микрошлифом находится воздух.

В иммерсионных объективах поверхность фронтальной линзы покрывается иммерсионной жидкостью - кедровым маслом, глицерином. Иммерсионные жидкости имеют коэффициенты преломления 1,5 - 1,47, что позволяет увеличивать разрешающую способность микроскопа и получать увеличение в 1,5 раза больше (до 1440^х).

3.2. Механическая система

Механическая схема микроскопа состоит из следующих основных частей:

- штатив,

-тубусы визуальной и фотографической систем,

- предметный столик.

3.3. Осветительная система

Освещение микрошлифов в металлографическом микроскопе производится через объектив (рис.1). Световые лучи (при прямом освещении) от осветителя направляются через плоскопараллельную пластину 8, расположенную под углом 45° к источнику света. Часть лучей отражается от нее, часть отражается и попадает через объектив 9 на микрошлиф 10. Отразившись от микрошлифа, лучи вторично проходят через объектив и направляются через окуляр 12 в глаз наблюдателя.

3.4. Микроструктура в современных микроскопах может быть изучена в светлом и темном поле и в поляризованном свете. Оптическая схема работы микроскопа при работе в светлом поле приведена на рис 1.

Рис 1. Оптическая схема микроскопа

Свет от лампы 1 проходит через коллектор 2, попадает на зеркало 3, а затем через светофильтр, аппертурную диафрагму 4, линзу 5, поляризатор 22, полевую диафрагму 17, призму 7 и линзу 6 поступает на отражательную плоскопараллельную пластину 8. Частично отразившись от нее, пучок света проходит через объектив 9 и попадает на поверхность шлифа 10, находящегося на фокальной поверхности объектива. Отразившись от поверхности микрошлифа, лучи света вновь проходят через объектив 9, проходят через анализатор 23, отражательную пластину 8 и линзу 11, попадают на зеркало 13 и окуляр 12. При фотографировании зеркало и окуляр выдвигаются вместе с тубусом и лучи света проходят через один из фотоокуляров 14, смонтированных на одном поворачивающемся диске, отражаются от зеркала 15 и попадают на фотопластинку 16. При работе в темном поле освещение микрошлифа производится с помощью параболического зеркала, расположенного в виде кольца вокруг оправы объектива. При этом способе основное поле шлифа остается темным, а падающие на него лучи отражаются только от отдельных выступающих фаз. Исследования в темном поле дополняют основное исследование в светлом поле.

Все объективы и окуляры микроскопов (кроме фотоокуляров) сменные. Различное увеличение получается путем подбора различной комбинации объективов и окуляров в соответствии с таблицей увеличения (табл. 1).

Таблица 1