Лабораторная работа №2

МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы: изучить устройство металлографического микроскопа и овладеть практическими навыками работы на нем; получить практические навыки проведения микроанализа.

Краткие теоретические сведения

Микроскопический анализ (микроанализ) металлов и сплавов заключается в исследовании строения (структуры) металла с помощью оптического или электронного микроскопа. Строение металла или сплава, наблюдаемое при помощи микроскопа, называется микроструктурой.

Между микроструктурой металлов и их свойствами существует четкая связь. Микроанализ позволяет:

• определить форму и размеры зерен;

• определить форму, размеры, содержание и относительное расположение фаз;

• выявить наличие имеющихся в металле неметаллических включений и микродефектов (микротрещины и микропоры).

Эта информация позволяет судить о свойствах металлов и сплавов, о предшествующей обработке этих материалов (литье, деформирование, термообработка и др.).

Микроанализу подвергают специально подготовленные образцы, называемые микрошлифами. Микрошлиф – это срез металла, отполированного до состояния зеркальной поверхности.

Микрошлифы готовят следующим образом.

Образец для микроанализа вырезают из того места, которое является наиболее важным в эксплуатационных условиях исследуемого металла. Наиболее удобны для работы образцы цилиндрической формы диаметром 10-12 мм и высотой 10-15 мм и прямоугольной формы с площадью основания 10 х 10 мм и высотой 10-15 мм;

Одну из плоскостей образца зачищают наждачным кругом; Полученную поверхность шлифуют наждачной бумагой различной зернистости;

Для получения зеркальной поверхности образец полируется на сукне или фетре, смоченном полирующей смесью;

Полученный микрошлиф промывается водой, а затем спиртом или бензином и просушивается фильтровальной бумагой.

Микрошлифы исследуются без травления или протравленными. В нетравленом шлифе можно наблюдать природу и характер расположения неметаллических включений: оксидов, сульфидов, графита, а также виды микродефектов – микротрещины, микропоры. Структура и ее особенности определяются на протравленных шлифах.

При травлении (например для сталей и чугунов раствором азотной кислоты в этиловом спирте) различные структуры разъедаются травлением с разной скоростью, поэтому образуется микрорельеф и его неровности создают сочетание света и тени: однородные структуры отражают больше света и видны светлыми, разнородные – темными (т.к. светлые лучи от них рассеиваются, не попадая в объектив). Максимальная неоднородность на границах зерен (где скопление примесей и искривлений кристаллической решетки), поэтому зерна резко очерчены, т.к. протравливаются сильнее.

Для исследования микроструктуры металлов и сплавов применяют металлографические микроскопы, которые позволяют рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете.

Рисунок 2.1. - Ход лучей в металлографическом микроскопе	Рисунок 2.2 - Схема определения цены деления окуляра-микрометра

Луч от источника света 6 (рисунок 2.1) преломляется призмой 4 и попадает через линзу объектива 3 на поверхность микрошлифа 2 и отражаясь от него опять через линзу объектива 3 через призму 5 в линзу окуляра 1 на которую обращен глаз исследователя.

Т.е. изображение точки объекта в микроскопе увеличивается дважды: объектив дает первое – промежуточное (V_об.), окуляр – второе окончательное (V_ок.). Следовательно общее увеличение микроскопа (V_м.) будет следующим:

V_м.=V_об. х V_ок. (2.1)

В современных конструкциях увеличение микроскопа доходит до 2000 раза.

Увеличение микроскопа можно определить при помощи объектив-микрометра и окуляр-микрометра. Объектив-микрометр представляет собой стеклянную или металлическую пластинку, на которой нанесена шкала длиной 1 мм, разделенная на 100 равных делений (цена деления 0,01 мм). Окуляр-микрометр в отличие от обычного окуляра имеет между линзами стеклянную пластинку со шкалой. Совмещая обе шкалы, определяют размер шкалы окуляра при данном объективе (рисунок 2.2) по формуле:

, (2.2)

где Ц_об – цена деления шкалы объектива (0,01 мм); Т – число совмещенных делений объектива-микрометра; А – число совмещенных делений окуляр-микрометра.

С помощью окуляр-микрометра можно определить размеры зерен, протяженность какой-либо резко отличающийся структурной области.

По размерам природных зерен можно довольно точно сказать о механической прочности исследуемого металла. Чем крупнее зерно, тем ниже механическая прочность деталей.

Таким образом, работоспособность деталей зависит в первую очередь от размеров природного зерна.

Величина зерна определяется по шкале стандартных размеров (рисунок 2.3), где проставлены баллы – размеры зерна.

Рисунок 2.3 - Стандартная шкала размеров зерна

Работоспособность (качество) металла зависит от размеров природного зерна, а также от вида рабочей нагрузки на деталь (таблица 2.1).

Таблица 2.1 - Качество металла в зависимости от размера зерна и нагрузки

Размер зерна, балл	Средняя площадь зерна, мкм2	Вид нагрузки
		статическая	циклическая	динамическая
1	64000	неуд.	неуд.	неуд.
2	32000	удов.	неуд.	неуд.
3	16000	удов.	неуд.	неуд.
4	8000	удов.	удов.	неуд.
5	4000	качеств.	удов.	удов.
6	2000	высококачеств.	качеств.	удов.
7	1000	высококачеств.	высококачеств.	качеств.
8	500	высококачеств.	высококачеств.	высококачеств.