Лабораторная работа №2

Тема: «Идентификация микроструктуры сталей»

Цель: изучить типичные микроструктуры сталей

Задачи:

ознакомиться с Государственными стандартами в области идентификации микроструктуры сталей;
научиться проводить экспериментальное исследование микроструктуры сталей;
выработать умение выносить суждение о качестве конструкционных материалов, соответствии микроструктуры Государственным стандартам.

Теоретическая часть Микроанализ металлов и сплавов

Микроскопический анализ заключается в исследовании строения металла с помощью оптического или электронного микроскопов. Строение металлов ,наблюдаемое при помощи микроскопа, называется микроструктурой.

Между микроструктурой и свойствами металлов и сплавов существует четкая связь. Микроанализ определить размеры и форму отдельных зерен и фаз, а также их содержание, относительное расположение, выявить наличие в металле микровключений, микродефектов и судить о свойствах металлов и сплавов, о предшествующей обработке этих материалов (литьё, деформирование, термическая обработка).

Микроанализу подвергают специально приготовленные образцы, называемые микрошлифами. Приготовление шлифа включает в себя следующие операции:

• выбор места вырезки образца;

• получение плоской поверхности с помощью наждачного круга или напильника;

• шлифовка крупнозернистой наждачной бумагой;

• шлифовка мелкозернистой наждачной бумагой;

• промывка шлифа водой;

• полирование.

Полирование считается законченным, если поверхность образца приобретает зеркальный блеск и на ней даже под микроскопом не видны риски или царапины.

При изучении полированного шлифа под микроскопом можно обнаружить различные микродефекты. Наблюдаемые на шлифе различного цвета участки небольших размеров представляют собой неметаллические включения (оксиды, сульфиды, силикаты), ухудшающие механические свойства сплавов. Выявленные при микроанализе размеры включений, их форму, содержание и характер распределения их в стали оценивают по шкале баллов по ГОСТ1778-70 и делают вывод о пригодности стали для изготовления тех или иных деталей.

После просмотра полированного шлифа его подвергают травлению, которое проводят чаще всего погружением шлифа в соответствующий реактив. Большинство реактивов, применяемых для травления сталей, представляют собой растворы различных кислот.

Протравленные микрошлифы изучают с помощью металлографических микроскопов. Принцип работы микроскопа состоит в отражении света от поверхности образца и формировании изображения микроструктуры в окуляре микроскопа. На рисунке 1 приведена схема формирования изображения структуры образца Х в световом микроскопе. Его основными элементами являются объектив (ОБ) и окуляр (ОК), которые представляют собой сложную систему линз, осветитель S и конденсор С. Конструкция микроскопа такова, что изучаемый объект размещается перед объективом на расстоянии от одного до двух фокусных расстояний объектива, а свет от источников падает на образец вертикально.

Отраженные от поверхности образца световые лучи попадают в объектив и далее в окуляр ОК. Объектив формирует действительное перевернутое и увеличенное изображение на расстоянии, превышающем двойное фокусное расстояние. Окуляр формирует действительное и увеличенное изображение. Его и наблюдает исследователь. Для создания наилучшего изображения применяют различные диафрагмы, ограничивающие световые лучи – апертурную (АДО) и полевую (ПДО).

Рисунок 1 – Принципиальная оптическая схема металлографического светового микроскопа

Разрешающая способность любой оптической системы – это способность различать две точки, находящиеся на минимальном расстоянии d друг от друга. Предельное разрешаемое расстояние для светового микроскопа можно определить по формуле:

где λ – длина волны света, А=n·sinα – числовая апертура объектива, n - коэффициент преломления среды, по которой распространяется свет от объектива до образца, α – половина отверстного угла фронтальной линзы объектива. При использовании синего света величина d=0,16 мкм, а при темно-зеленом свете d=0,20 мкм.

Предел разрешения микроскопа определяет его полезное или предельное увеличение. Обычно оно составляет от 500 до 1000 крат.

Общий вид металлографического микроскопа марки ЕС МЕТАМ РВ-22 представлен на рисунке 2.

Предметный столик для размещения образца

Объективы