3. ЗАКРЕПЛЕНИЕ (МОНТАЖ) ОБРАЗЦОВ

Закрепление образцов в основном производится для того, чтобы было удобно подготавливать и исследовать шлифы, имеющие сложную конфигурацию или же неудобные для изготовления размеры. Вторая цель заключается в защите и сохранении острых кромок и поверхностных дефектов при изготовлении шлифов. В других случаях закрепление образцов связано с их использованием в различных типах автоматических установок, применяемых в металлографических лабораториях [2].

Размер держателя образца определяется в значительной мере размером шлифа. Чем больше размер образца, тем труднее в процессе шлифовки сохранять плоским большое сечение. При изготовлении большого образца можно разрезать его на два, три или большее количество маленьких образцов. Образцы для микроскопического исследования могут иметь различную форму, определяемую характером изделия и задачами исследования. Для ручной обработки шлифа удобны образцы прямоугольной или цилиндрической формы высотой 15-25 мм с площадью шлифа 2-3 см2. При массовом исследовании и механической подготовке шлифов в соответствии с формой и размерами образцов изготавливают специальные держатели.

3.1. МОНТИРОВАНИЕ В ЗАЖИМАХ

Зажимы-струбцины обычно используют для закрепления тонких образцов. Удобно зажимать одновременно несколько образцов, в результате чего получается слоистый шлиф. Более удобны зажимные приспособления, изготовленные из толстостенных труб, призм с пазами или круглых пружин [3].

13

Примеры перечисленных форм креплений представлены на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Варианты разъемных зажимов для ручной обработки образцов:

а – крепление тонких образцов в струбцинах; б – крепление образцов в трубах

Закрепление шлифов в зажимах позволяет производить быстрый монтаж образцов, а тесный контакт их друг с другом предохраняет кромки от завала. Однако между образцами часто наблюдаются узкие зазоры, в которых при изготовлении шлифа скапливаются частицы абразива и жидкость. Жидкость вытекает из зазоров и портит полированную поверхность шлифа, а также возникают трудности при установке образца на столике микроскопа в связи с его неустойчивостью из-за малой площади сечения.

3.2. КРЕПЛЕНИЕ ПУТЕМ ЗАЛИВКИ

Заливка является способом крепления с геометрическим замыканием, потому что образец крепится в форме, имеющей вид тигля, и заливается жидким материалом, после затвердевания которого получается комбинированное тело [1].

В качестве заливочных материалов применяются полиэфирные, эпоксидные и акриловые смолы. Материалы всех трех типов представляют собой двухкомпонентные системы, содержащие смолу и отвердитель. Компоненты системы могут быть жидкими, твердыми (они расплавляются перед смешением) или один может быть жидким, другой – твердым. В результате смешения смолы с отвердителем происходит экзотермическая полимеризация (твердение). Литейные формы могут быть любого типа и иметь разные размеры. Для круглых

14

форм подходят кольца, вырезанные из пластмассовых или металлически трубок. Прямоугольные формы получаются путем обертывания алюминиевой фольгой деревянных пластин желаемого размера. Алюминиевую фольгу затем можно снять с образца или сошлифовать.

Наиболее широко применяемым материалом для заливки образцов является пластмасса акриловая самотвердеющая АСТ-Т. Она представляет собой акриловый компаунд холодного твердения типа «порошок – жидкость». Смешивание компонентов (1:1) производится в стеклянной, фаянсовой, алюминиевой или другой посуде с крышкой. В сосуд заливается жидкость, затем засыпается порошок и все перемешивается. Время набухания при перемешивании составляет 2-3 мин (до сметанообразной консистенции). Отвердение пластмассы АСТ-Т происходит с выделением тепла. Температура внутри массы при отвердении может достигать 100 °С и выше в зависимости от объема массы и количества жидкости [7].

Из эпоксидных смол для заливки образцов широко применяется смола ЭД-20 с отвердителем Л-20. Смешивание производится 1:1 в объемных частях. Время затвердевания 20 час. При затвердевании нагрева не происходит.

В условиях ЦЛТ широкое применение приобрел эпоксидный клей «супер хват», который смешивается, как и эпоксидная смола, в соотношении 1:1. Время затвердевания при 20 ºС – 36 час., при 90 ºС

– 10 мин. Преимуществом по сравнению с эпоксидной смолой является ускоренный процесс затвердевания при нагреве.

Процесс заливки образца включает следующие операции: подготовку формы, приготовление смеси, заливку, твердение, изъятие из формы и последующую обработку [1]. В случае применения эпоксидных смол целесообразно внутренние стенки формы покрыть пленкой силиконовой смазки или вазелина, чтобы облегчить выемку заливки из формы.

15

Для заливки образцов применяют также легкоплавкие сплавы, состав и температура плавления которых представлены в табл. 3.1 [8].

Таблица 3.1

Состав и температура плавления легкоплавких сплавов

Недостаток этого метода в том, что легкоплавкие сплавы пачкают поверхность шлифа и обрабатывающего материала при дальнейшей обработке.

3.3. ЗАДЕЛКА ОБРАЗЦОВ ПУТЕМ ЗАПРЕССОВКИ

Запрессовка является наиболее простым методом крепления образцов. Он заключается в том, что образец запрессовывают при нагреве в формовочный материал (полистирол, дакрил-2м, порошок АСТ-Т). Процесс запрессовки осуществляется при совместном действии давления и нагрева.

Для запрессовки образцов необходимо иметь пресс, формовочное устройство и нагреватель.

Формовочное устройство состоит из пустотелого цилиндра (с внутренним диаметром 25-40 мм), опорной пробки и пуансона (рис. 3.2). Монтируемый образец устанавливается на опорной пробке, которая вставляется в цилиндр. Цилиндр почти полностью заполняется формовочным порошком и в его открытый конец вставляется пуансон. Собранный агрегат устанавливается между плитами формовочного пресса и на него надевается цилиндрический нагреватель. После того как давление, необходимое для запрессовки образца, достигнет заданной величины, оно поддерживается на постоянном уровне до тех пор, пока формовочный агрегат не

16

нагреется до требуемой температуры. Готовая прессовка удаляется из пресс-формы путем проталкивания ее пуансоном.

1

2

7 6 5 4 3

Рис. 3.2. Принципиальная схема запрессовки образца:

1 – пуансон, 2 – цилиндр, 3 – формовочный материал, 4 – образец, 5 – опорная пробка, 6 – нагреватель, 7 – охлаждающий канал

Не все материалы могут быть запрессованы таким способом, как не могут монтироваться и тонкие образцы. Это обусловлено тем, что нагрев может привести к изменению микроструктуры.

Преимуществом формовочного прессования является малая продолжительность процесса (5-12 мин). Прессовки не имеют облоя, обладают точной цилиндрической формой с узкими допусками, а также более твердые и хрупкие, чем заливки [1].

3.4.ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

СОБРАЗЦОМ

Для образцов, подвергаемых в дальнейшем электролитической обработке и находящихся внутри заливки или прессовки, необходимо обеспечить электрический контакт.

В относительно больших образцах через смолу просверливают отверстие и вкручивают шуруп из коррозионно-стойкого материала (рис. 3.3, а). К термически нечувствительным образцам перед заливкой или запрессовкой в форму можно припаять или приварить металлический контакт в виде отрезка проволоки или фольги (рис. 3.3, б).

17