2.2.2. Оптическая микроскопия

Металлографические микроскопы, используемые для изучения микроструктуры, работают в отраженном свете.

Рис.1.2. Принципиальная схема металлографического микроскопа

Приготовленный шлиф 1 помещают перпендикулярно оптической оси микроскопа в плоскости, совпадающей с главной фокальной плоскостью объектива 2 (рис.1.2). Шлиф освещается проходящим через объектив пучком света, который формируется осветительной системой, состоящей из лампы 3, системы линз 4,6,8, системы диафрагм 5,7 и полупрозрачной пластинки 9. Световые лучи, отражающиеся от участков поверхности шлифа, близких к нормали оптической оси микроскопа, попадают в объектив, а те лучи, которые отражаются от неровностей поверхности, не попадают в его поле. На конечном изображении поверхности шлифа, создаваемом окуляром 10, участки, перпендикулярные оптической оси микроскопа (нерастворившиеся участки) оказываются светлыми, а участки, наклоненные к оси (более сильно растворившиеся участки) более темными. Благодаря этому выявляются различные элементы структуры металла, например, границы зерен, которые при подготовке шлифа обычно вытравливаются в канавки (рис.1.3).

а) б)

Рис.1.3. Схема выявления микроструктуры при травлении:

а)- на поверхности неудаленный слой деформированного металла, образовавшегося на поверхности микрошлифа при полировании; б)- в результате травления растворился слой деформированного металла и выявились границы зерен благодаря их повышенной склонности к травлению.

Увеличение микроскопа равно произведению соответствующих увеличений объектива и окуляра, причем увеличение первого может достигать 100, увеличение второго не превышает 20.

В случае необходимости точного определения увеличения проецируемого изображения в качестве объекта следует использовать пластинку с микрометрической шкалой (объект – микрометр); на шкале через каждые 0,01 мм нанесены деления на общей длине 1 мм. Подробное описание конструкций металлографических микроскопов и методики работы на них будут приведены ниже.

2.2.3. Определение величины зерна

В металлографической практике широкое распространение получил полуколичественный метод визуальной оценки величины (балла) зерна. Метод состоит в том, что рассматриваемая структура (при увеличении 100) приближенно оценивается по стандартным шкалам, в которых есть набор стандартных микрофотографий структур с различным размером (баллом) зерен. При однофазной структуре связь между условным номером (баллом) и числом зерен (п) в 1 мм определяется формулой

а средний размер зерна (d) формулой

d = 1 / , мм.

Сравнительно малая точность определения величины зерна по эталонным шкалам ограничивает их применение. Однако этот метод широко используют при массовых контрольных испытаниях.

Более точным является метод секущих. (метод подсчета числа пересечений границ зерен или количества зерен на определенной длине). При этом используют окуляр, снабженный шкалой, и увеличение, при котором в поле зрения попадает несколько десятков зерен. Выбирают в поле зрения часть шкалы, которая пересекает не менее 10 зерен, и подсчитывают число точек пересечения прямой (шкалы) с границами зерен. Зерна на концах прямой, не пересеченные ею целиком, принимают за 1 зерно. Подсчет количества точек пересечений зерен проводят на двух взаимно перпендикулярных прямых в каждом поле зрения. Измерения проводятся не менее, чем в пяти полях, причем допускаемые расхождения результатов при подсчете точек пересечений не должны быть более 50%.

Разделив суммарную длину всех линий L на число пересечений k и умножив результат на цену деления окулярной шкалы E (т.е. учитывая выбранное увеличение), получают средний размер зерна d = (L k)E , мм,

где - суммарная длина отрезков (в маленьких делениях шкалы окуляра), k - общее число пересечений (зерен), Е- цена деления в мм.

Цену деления окулярной шкалы (точное увеличение) определяют с помощью объект-микрометра. Для этого помещают объект-микрометр на предметный столик шкалой вниз. Наблюдая в окуляр, добиваются ручками грубой и тонкой настройки фокусировки в одной плоскости изображения шкалы окуляра и объект-микрометра. Поворачивая окуляр вокруг оси добиваются параллельности штрихов обеих шкал. Цена деления окуляра определяется по формуле мм, где - число делений объект-микрометра; - цена деления объект-микрометра в мм; - число делений окулярной шкалы, совпадающих с делениями объект-микрометра.