2

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ»

КАФЕДРА МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ТА ОБРОБКИ МАТЕРІАЛІВ

Методічні вказівки

до лабораторних робіт

„Основні методи металографічного аналізу структури металів, сплавів і сполук”

з курсу „Теорія процесів формування структури та властивостей конструкційних матеріалів”

Дніпропетровськ

2013

Методичні вказівки до лабораторних робіт „Основні методи металографічного аналізу структури металів, сплавів і сполук” з курсу „Теорія процесів формування структури та властивостей конструкційних матеріалів”. / Укладачі: Большаков В.І., Сухомлин Г.Д., Лаухін Д.В., Бекетов О.В., Мурашкін О.В., Іванцов С.В. , Семенов Т.В. Дніпропетровськ: ПДАБА, 2013. – 18 с.

Методичні вказівки призначені для ознайомлення студентів з методиками металографічного аналізу структури металів, сплавів і сполук. При цьому важливою умовою є одержання студентами знань та навичок роботи щодо методів та приладів, які застосовуються для проведення кількісного та напівкількісного аналізу структури матеріалів.

Методичні вказівки рекомендовані для студентів спеціальності „Прикладне матеріалознавство” напряму підготовки 6.050403 „Інженерне матеріалознавство”.

Укладачі: професор, доктор технічних наук Большаков В.І.;

професор, доктор технічних наук Сухомлин Г.Д.;

професор, доктор технічних наук Лаухін Д.В.;

доцент, кандидат технічних наук Бекетов О.В.;

кандидат технічних наук Мурашкін О.В.;

молодший науковий співробітник Іванцов С.В.;

аспірант Семенов Т.В.

Відповідальний за випуск : професор, доктор технічних наук

Большаков В.І.

Рецензент: професор, доктор технічних наук Вахрушева В.С.

Затверджено

на засіданні кафедри МіОМ

Протокол № 14

від «17» червня 2013 р.

Затверджено

на засіданні Методичної ради ПДАБА

Протокол № 1 (90)

від «02» вересня 2013 р.

зміст

1. МЕТА ТА ЗАВДАННЯ РОБОТИ 4

3. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ 5

4. ЕЛЕМЕНТИ МЕТАЛОГРАФІЧНОГО АНАЛІЗУ 9

4.1. Методи кількісного металографічного аналізу. 9

4.2. Методи напівкількісного металографічного аналізу. 11

5. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ 12

Додаток А 14

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 17

Словник термінів 18

1. Мета та завдання роботи

1. Вивчити методики проведення кількісного та напівкількісного металографічного аналізу.

2. Ознайомитись з методами та приладами, що використовуються для кількісного та напівкількісного металографічного аналізу.

3. Результати проведених досліджень надати у вигляді таблиці.

2. Матеріальне забезпечення

1. Обладнання для підготовки металографічних шліфів.

2. Металографічний мікроскоп NEOPHOT2.

3. Обладнання для отримання мікрофотографій структур металів, сплавів та сполук.

4. Лінійка, транспортир.

3. Основні положення

Деякі властивості металевих сплавів повністю залежать від їх структури, а вона, у свою чергу, визначається складом сплаву та зовнішніми впливами, діючими на нього, наприклад, прокатки, кування тощо. При розробці нових сплавів або нових технологічних методів їх обробки у науково-дослідних роботах широко використовують експериментально встановлені залежності типу: технологічні фактори  структура або структура  властивості. Не залежно від того, виражаються ці залежності графічно або за допомогою формул, можливість їх одержання вимагає строгої кількісної оцінки мікроструктури сплаву. При металографічному аналізі структури (з використанням оптичного мікроскопу) її можна оцінити одним із трьох способів:

• візуальним;

• кількісним;

• напівкількісним (оцінка номеру зерна).

Будь-який метал або сплав можна розглядати з точки зору його просторової будови, як конгломерат, що містить безліч структурних складових, які заповнюють досліджувану ділянку простору, та стикуються між собою по контактних поверхнях (границям розподілу або меж фазним границям). Розміри і форма структурних складових формуються в процесі кристалізації та наступного охолодження металу або сплаву і надалі можуть значно змінюватися в результаті зовнішнього впливу (наприклад операцій обробки металу тиском). Порівняно рідко форма структурних складових буває правильної геометричної форми. Проте, хоча і приблизно, структурні складові можна класифікувати за формою, розділивши їх на три основні групи: лінійні, пластинчасті (рейкові) і рівновісні.

Рівновісні (тривимірні) – мають приблизно однакові розміри у всіх трьох вимірах. До цього типу структурних складових належать зерна поліедричної структури, наприклад зерна фериту та аустеніту.

Пластинчасті або рейкові (двомірні) – мають у двох вимірах розміри, що значно перевищують розмір у третьому вимірі (товщину). До цього типу структурних складових належать, наприклад, рейки мартенситу або бейніту, пластинки фериту та цементиту в перліті тощо.

Лінійні (одномірні) – мають розмір в одному напрямку, що значно перевищує розмір у других напрямках. До такого типу структурних складових належать виділення волосоподібних часток другої фази: карбіди, карбонітриди, неметалічні включення тощо.

Структура в цілому складається з великої кількості складових, їх взаємного розташування і розмірів. У першому приближенні різноманіття структур можна розділити на наступні групи:

однофазна зерниста (поліедрична структура) – весь обсяг металу (за винятком неметалічних включень, часток карбонітридів тощо) заповнений зернами однієї фази (рис 3.1 а). Таку структуру мають прості метали та однофазні сплави;

змішана поліедрична структура – складається із зерен або колоній двох або більше фаз (рис 3.1 б);

оболонкова структура – одна фаза утворює оболонку навколо зерен іншої фази. Типовими прикладами таких структур є структури відпалених до- або заевтектоїдних сталей, у яких ферит утворює оболонку навколо зерен перліту (рис 3.1 в);

матрична структура – основою є одна фаза (матриця), у яку вкраплені дисперсні зерна або частинки другої дисперсної фази. Матрична структура типова для багатьох евтектик і евтектоїдів, деяких перетектичних структур, а також структур, що утворюються при виділенні з пересиченого

твердого розчину надлишкової фази (рис 3.1 г).

а)

б)

в)

г)

Рис. 3.1. Типи мікроструктур:

а – поліедрична, б - змішана поліедрична, в – оболонкова, г – матрична.

Джерелом інформації про просторову будову металу є металографічний шліф, на поверхні якого підраховують або вимірюють певні геометричні величини: крапки, відрізки, площі. Правильний вибір місця зразка і напрямку площини шліфа мають визначальне значення при кожному з видів металографічного аналізу. Це пояснюється тим, що жоден з досліджуваних об'єктів не можна вважати повністю гомогенним. Наприклад, у литому металі розходження в структурі обумовлені різними умовами відводу тепла по перетину і висоті злитка. У деформованому металі розходження у структурних складових обумовлені різними умовами та ступенем деформації зовнішніх і внутрішніх областей заготівки.

Відношення обсягу аналізованого зразка до всього обсягу металу має значення значно менше за одиницю, але за структурою досліджуваного зразка ми маємо судити про структуру всього металу.

Якщо зразок, у цілому, не характерний для металу, що досліджується, то аналіз не буде мати ніякої цінності. Інакше кажучи, дані найточнішого аналізу характеризують тільки невеликий обсяг металу, що безпосередньо прилягає до поверхні шліфа. Щоб ці дані були типовими для всього обсягу металу, необхідно обрати положення площини шліфа в цьому обсязі таким чином, щоб параметри його структури збігалися або незначно відрізнялися від середніх параметрів, притаманних для всього обсягу металу.