Вырезка и получение плоской поверхности образцов

Микрошлиф должен иметь микроструктуру, характерную для все­го изучаемого изделия или его части. Выбор числа образцов, места их вырезки и сечения материа­ла, по которому проходит плоскость микрошлифа, определяется целью металлографического исследования:

1. При производственном контроле место вырезки образцов, их размеры и количество определяются требованиями стандартов, ТУ и другой нормативно-технической документацией.

2. При исследовании причин поломки или дефекта детали образцы должны быть вырезаны так, чтобы плоскость шлифа пересе­кала дефект или была близка к нему. Параллельно исследуют образцы из бездефектных участков.

3. При проведении исследовательской работы место отбора проб определяется её целью, а количество образцов должно обеспе­чить возможность проведения статистической обработки.

Например, микроструктуру прокатанной полосы обычно изуча­ют на её продольном сечении. Поскольку микроструктура в разных участках полосы может быть неодинаковой, образцы для изготовле­ния микрошлифов вырезают из центра и у кромок полосы, а также в нескольких местах по ее длине.

Когда размер образцов не оговорен нормативно -технической докумен-

тацией, наиболее удобны для работы образцы прямоуголь­ной или цилинд-

рической формы, высотой 15-20 мм, пло­щадью сечения около 2-3 см².

Для вырезки образцов применяют отрезные станки с абразивными кругами. Иногда образцы получают рубкой или фре­зерованием.

После вырезки для получения плоской поверхности образца проводится обдирка и выравнивание выбранной поверхности образцов с использованием абразивного (наждачного) круга или опиловки. На этой стадии подготовки образца необходимо свести к минимуму де­формацию поверхности и нагрев образца, чтобы не вызвать изме­нения структуры из-за наклепа или нагрева. Это достигается надлежа­щим выбором инструмента и режима обработки, а также интенсив­ным охлаждением обрабатываемой поверхности и инструмента.

Шлифование

После получения плоской поверхности образцы подвергают шлифовке. Грубая и тонкая шлифовка служит для удаления наклепан­ного слоя, неровностей, грубых царапин на поверхности шлифа и является под­готовительной операцией перед полировкой.

Для удобства приготовления микрошлифов тонких листов, про­волок, мелких деталей применяют специальные зажимы (струбцины). Один или несколько мелких образцов можно поместить в оправки - кольца и залить легкоплавким веществом. Таким же образом можно подготовить для исследования металлические порошки или непол­ностью спеченные изделия порошковой металлургии. Для заливки можно использовать синтетические смолы, например, стиракрил, протакрил, эпоксидную смолу, а также легкоплавкие сплавы, на­пример, сплав Вуда (50% висмута, 10% кадмия, 27% свинца, 13% олова) с температурой плавления 70 °С или (56% висмута, 18% кадмия, 14% свинца, 14% олова) с температурой плавления 56 °С. Можно ис­пользовать для заливки серу, температура плавления которой 113°С.

Если образец имеет тонкий поверхностный слой, отличающийся от основного металла по структуре и фазовому составу (например, при нанесе-

нии покрытий или обработке лучом лазера), используют косые шлифы, плоскость которых расположена под острым углом к поверхности образца.

Перед шлифованием обрабатываемую поверхность очищают от частиц металла и абразива.

Грубую шлифовку проводят бумажной шлифо­вальной шкуркой вручную (на плоском твердом основании, чаще - толстом стекле) или на шлифовальном станке с горизонталь­но расположенным вращающимся кругом, на котором закрепляют шкурку, с использованием 3 - 5 номеров наждачной бумаги, с различным и последовательно уменьшающимся зерном абразива.

Для сухого шлифования используют стандартную шлифовальную бумажную шкурку (ГОСТ 6456-82). Маркировка включает тип (для металла- тип I), способ нанесения абразивного материала, размеры листов (рулонов), марку бумаги - основы, марку абразивного материала, зернистость, тип связки и класс износостойкости. Например, маркировка "I Э 620×50 П 2 I5A 25-H М А" соответ­ствует бумажной шлифовальной шкурке типа 1 с абразив-

ным материа­лом, нанесенным электростатическим способом, шириной 620 мм, длиной 50 м; бумага - основа марки 0-200; абразивный материал – нор-

мальный электрокорунд марки I5A зернистостью 25-Н на мездровом клее, класс износостойкости А.

Для мокрого шлифования используют водостойкую бумажную шлифо-

вальную шкурку (ГОСТ 10054-82). Маркировка "Водостойкая 310×230 64С 20П А ГОСТ 10054-82" означает: водостойкая шкурка размерами 310×230 мм из зеленого карбида кремния марки 64С зернистостью 20П, класс износо-стойкости А.

Размеры абразивных частиц, нанесенных на бумагу, изменяются от 320 мкм до 40-28 мкм ( по ГОСТ 6456-82).

После шлифования бумажной шкуркой при необходимости (возможности) проводят тонкую шлифовку (предварительное полирование) с помощью полировальных алмазных паст, кото­рые наносят на специальную ткань или ватман.

Пасты состоят из алмазных микропорошков АСМ или AM (ГОСТ 9206-80), связующих и поверхностно-активных веществ. В зависимости от зернистости пасты условно подразделяют на 4 группы, которые окрашивают в разные цвета. Пасты выпускают нормальной (Н) и повышенной (П) концентрации с соответствующим содержанием алмазного порошка для каждой зернистости. Имеются пасты, смываемые водой (В) и органически­ми растворителями - спиртом, бензином и др. (О), а также омываемые водой и растворителями (0В). По консистенции пасты подразделяют на мазеобразные (М) и твердые (Т). Пример марки­ровки пасты из порошка марки АСМ, зернистостью 5/3, нормальной концентрации, смываемой органическими растворителями, мазеобразной консистенции: "Паста алмазная; АСМ 5/3 НОМ СТ СЭВ 206- 75". Основные характеристики алмазных порошков и паст приведены в табл.1.

Процесс тонкой шлифовки обычно состоит из двух - трех опера­ций. Сначала используют абразивы с размером 1-10 мкм и сравнительно твердые ткани с коротким ворсом или ватман, а затем - абразивы с размером частиц менее I мкм и мягкие вор­систые ткани или ватман.

При шлифовании вручную шкурку (ткань, ватман) по­мещают на стекло, образец прижимают обрабатываемой поверхнос­тью к шкурке (ткани

Таблица 1. Основные характеристики полировальных алмазных паст

Зернистость алмазного порошка по ГОСТ 9206-80	Размер зерен основной фракции, мкм	Массовая концентрация порошка в пасте				Цвет пасты и этикетки
		Н	П	В
60/40 40/28	60-40 40-28	8	20	40	Красный
28/20 20/14 14/10	28-20 20-14 14-10	6	15	30	Голубой
10/7 7/5 5/3	1-7 7-5 5-3	4	10	20	Зеленый
3/2 2/1 1/0	3-2 2-1 1 и менее	2	5	10	Желтый

или ватману с нанесённой алмазной пастой) и перемещают возвратно – поступательными движени­ями. При шлифовании на станке образец прижимают к кругу со шкуркой (тканью или ватманом с нанесённой алмазной пастой) вручную или фиксируют в спе­циальном приспособлении.

Важно подо­брать оптимальное давление на образец при шлифовании: слишком большое давление при­водит к неравномерной величине царапин, вдавливанию абразива, выделению тепла, а слишком малое - не даёт эффек-

тивного удале­ния материала. Давление при шлифовании обычно подбирают опытным путём.

Скорость вращения полировальных кругов диаметром 200-250 мм при шлифовании обычно со­ставляет 400-600 об/мин.

Глубина царапин и толщина слоя деформированного при шлифо­вании металла уменьшается с уменьшением размера абразивных час­тиц; при этом толщина слоя примерно обратно пропорциональна твердости шлифуемого металла и в 10... 50 раз превышает размер абразивных частиц.

Для получения качественной поверхности шлифа необходимо при каждом переходе на новый абразив сбивать оставшиеся на шлифе частицы абразива или промывать образец в воде, менять направление движения образца на 90° в плоскости шлифа и вести шлифовку до полного исчезнове-

ния рисок от предыдущей операции. После каждой ступени шлифования поверхность образца должна быть покрыта равномерным слоем параллель-

ных царапин и на ней не должно оставаться следов от предыдущей бумаги (алмазной пасты).

После завершения шлифования образец тщательно промывают под струёй воды и просушивают салфеткой.

Шлифование считается оконченным, если при увеличении микроскопа ×100 просматриваются только следы обработки последним абразивом. На рис.1 приведена микрофотография поверхности образ­ца с многочисленны-ми разнонаправленными царапинами и пылью, некачественно подго- ленного к полированию.

Рис.1. Микрофотография поверхности образ­ца до полирования, ×100