17

Федеральное агентство по образованию
Брянский государственный технический университет

Утверждаю

Ректор университета

___________А.В. Лагерев

«_____» _________ 2007 г.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

и технология конструкционных материалов

микроанализ металлов и сплавов

Методические указания

к выполнению и оформлению лабораторной работы №1

для студентов всех форм обучения всех специальностей

Издание третье,

переработанное и дополненное

Брянск 2007

УДК 669.01

Материаловедение. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Микроанализ металлов и сплавов: методические указания к выполнению и оформлению лабораторной работы №1 для студентов всех специальностей и форм обучения. – Изд. третье перераб. и доп. – Брянск: БГТУ, 2007. – 15 с.

Разработали: В.Я. Жарков, канд. техн. наук, доц.;

В.П. Мельников, канд. техн. наук, доц.

Рекомендовано кафедрой “Технология металлов и металловедение” БГТУ (протокол № 7 от 21.12.06)

Переработано и дополнено 2-е издание: Материаловедение. Техника металлографического анализа металлов и сплавов: методические указания к выполнению лабораторной работы №1 для студентов дневной и вечерней форм обучения всех специальностей. – Брянск: БГТУ, 1997. – 6 с.

Предисловие

Методические указания являются руководством для студентов и преподавателей при выполнении лабораторной работы «Микроанализ металлов и сплавов», определяющим ее цель, задачи, содержание и последовательность выполнения.

Лабораторная работа является практической частью раздела «Строение металлов и сплавов» учебных дисциплин «Материаловедение» и «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

Продолжительность выполнения работы – 2 часа.

1. Цель и задачи работы

Цель работы – ознакомление с приборами, методикой и техникой микроскопического анализа, а также приобретение практических навыков его проведения.

Задачи работы:

• освоить технику приготовления шлифа и методику выявления его микроструктуры;

• ознакомиться с опытом изучения и анализа характера микроструктуры исследуемых объектов по геометрическим признакам;

• приобрести навыки схематичной зарисовки выявленной микроструктуры;

• получить первоначальные сведения и рекомендации по составлению отчета.

2. Информация, необходимая при выполнении работы

Механические и многие другие свойства металлических материалов зависят не только от химического состава, но и от их строения – структуры.

Структуру, изучаемую и наблюдаемую в металлах и сплавах на специально приготовленных образцах с помощью оптических микроскопов, называют микроструктурой*.

* Оптические световые микроскопы позволяют различать отдельные детали структуры размерами не менее 0,2 мкм (0,2·10³ нм), невооруженный глаз наблюдателя – размером не менее 0,2 мм (200·10³ нм).

Под внутренним строением – микроструктурой – понимают количественное соотношение, форму, размеры и взаимные расположения составных частей материалов – фаз и структурных составляющих.

Фазой называют отдельные части металлов и сплавов, обладающие одним типом кристаллической решетки и одинаковым химическим составом, а структурной составляющей – части (области) микроструктуры, характеризующиеся однообразным строением. В сплавах может быть одна или несколько структурных составляющих из кристаллов одной или нескольких фаз.

Микроанализ включает следующие этапы:

• приготовление шлифов (специальных образцов);

• химическое травление шлифов для выявления микроструктуры;

• исследование микроструктуры металлов и сплавов с помощью оптических световых металлографических микроскопов.

2.1. Техника механического приготовления шлифов

Шлифом называют специальным образом приготовленную для исследования одну из плоскостей небольшого размера образца из исследуемого материала. Наиболее удобной формой образцов для работы и получения качественного шлифа является цилиндр диаметром и высотой около 15 мм или кубик (параллелепипед) с линейными размерами 10х15х15 мм.

Процесс приготовления шлифов включает: вырезку образцов из материала, подлежащего исследованию; предварительное (подготовительное) шлифование поверхности, предназначенной для исследования, и последующее полирование.

Вырезка образцов. Образец для приготовления шлифа следует вырезать без нагрева (лучше механическим способом) в таком месте заготовки или изделия, которое характеризовало бы строение металла не только того участка, из которого вырезан образец, но и всего объема металла. Сторону образца, предназначенную для приготовления шлифа, после вырезки образца опиливают напильником или заторцовывают на заточных станках для создания ровной поверхности.

Шлифование поверхности образца для приготовления шлифа. Плоскость образца шлифуют вручную или на специальных станках. В настоящей лабораторной работе предусматривается только ручное шлифование. Для получения поверхности шлифа ровной и плоской абразивное шлифовальное полотно (бумагу) следует положить на толстое шлифованное стекло. Шлифование производят возвратными прямолинейными движениями обрабатываемой поверхностью по абразивному полотну: перемещают образец от себя со слабым нагружением (рабочий ход) и к себе без нагружения, не отрывая обрабатываемую поверхность от абразивной бумаги (холостой ход).

Не рекомендуется нагружать образец при холостом ходе – получится двухсторонняя скошенная поверхность («завал» – «крыша»)*, что не позволит получить резкое изображение структуры при исследовании шлифа на микроскопе.

Шлифование начинают на грубых (крупнозернистых с абразивным зерном от 250 до 100 мкм) абразивных шкурках до полного удаления неровностей, наследованных от вырезки (рис. 1а). Далее переходят к более мелкозернистым абразивным бумагам для уменьшения шероховатости поверхности и заканчивают шлифование на микронных бумагах (28 – 3,5 мкм)**.

а б в

Рис. 1. Различная степень готовности микрошлифа: а – подготовлен к более тонкой шлифовке; б – требуется продолжение шлифовки на данном абразиве; в – состояние поверхности микрошлифа после полировки

При переходе с одного номера абразивной бумаги к другому необходимо каждый раз образец механически очищать от абразива и поворачивать на 90º к направлению перемещения его на предыдущей бумаге. Заканчивать шлифование на используемой бумаге следует после полного удаления рисок (царапин), созданных на предыдущей бумаге (рис. 1б).

* Не следует вращать образец в руках – получается трех- или четырехсторонняя скошенная поверхность.

** Не следует при шлифовании образца сразу переходить с грубозернистой бумаги на мелкозернистую, так как это создает ложное представление, что шлиф хорошо приготовлен. Этот недостаток обнаружится либо уже после полирования шлифа, либо после травления и рассмотрения его на микроскопе.

Полирование шлифов производят на полировальной установке (станке) с вращающимся металлическим диском, обтянутым тонким сукном, фетром или др. материалом (рис. 2). Ткань полировального круга периодически смачивают суспензией (водная взвесь окиси хрома в виде мелкозернистого порошка)*, предварительно взбалтывая ее.

Рис. 2. Рекомендуемый прием полирования шлифа на полировальной установке: 1 – стол полировальной установки, 2 – диск, 3 сукно, 4 – защитный кожух

Полирование – процесс достаточно длительный (от 8 до 10 минут).

Полируя шлиф, необходимо соблюдать следующие правила:

1. Располагай шлиф на полировальном круге дальше от центра (так удобнее удерживать шлиф и короче процесс полировки (см. рис.2).

2. Входи в контакт с мягким сукном полировального круга поверхностью шлифа без перекосов и чрезмерного нажатия (в противном случае шлиф может вырваться из пальцев).

3. Постоянно смачивай полировальный круг, так как его высыхание может вызвать «пригорание» полируемой поверхности и деформирование структуры.

Полирование считается законченным, когда поверхность шлифа при внешнем осмотре невооруженным глазом приобретает зеркальный блеск, а при рассмотрении под микроскопом на поверхности шлифа не будет обнаружено царапин (рис. 1в)**.

* Суспензия с окисью хрома имеет зеленый цвет.

** При рассмотрении в микроскопе на общем светлом поле могут наблюдаться отдельные темные или серые неметаллические включения (оксиды, сульфиды, силикаты и др.), попадающие в металл при производстве.