Министерство образования Российской Федерации

Ивановский государственный университет

Кафедра экспериментальной и технической физики

Методы препарирования образцов

ДЛЯ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Методические указания к лабораторному практикуму

по курсу «Физика реального кристалла»

для студентов специальности 010400 «Физика»

Иваново 2008

Печатается по решению методической комиссии

физического факультета

Ивановского государственного университета

Составитель:

кандидат техн. наук В.В. Новиков

(Ивановский государственный университет),

Рецензент:

кандидат техн. наук С.А. Егоров

(Ивановская государственная текстильная академия)

1. Теоретические сведения

1.1. Отбор проб

Основной целью металлографического исследования является изучение микроструктуры, характерной для исследуемых метал­лов и сплавов, при помощи микроскопа. Металлографический об­разец должен быть представительным для данного материала как по химическому составу, так и по физическим свойствам, поэтому отбор проб и особенно выбор места отбора требуют чрезвычайной осторожности. Если это требование не выполняется, то последую­щее травление и микрофотографирование, как бы тщательно они не были выполнены, будут бесполезными.

В каждом частном случае количество образцов и место их отбора определяются, с одной стороны, целью исследования, а с другой — размером и формой материала. Существует три различных метода отбора проб и соответст­венно три типа исследования:

1. Обычное исследование, или производственный контроль. Образцы должны быть отобраны из таких участков, которые да­дут наибольшую информацию о неоднородности металла. По­этому при исследовании промышленной плавки образцы отбирают как в местах, где ожидается значительная ликвация, так и в тех местах, ликвацией в которых обычно можно пренебречь. При кон­троле прокатанной ленты или проволоки образцы должны быть взяты с обеих концов бухты.

2. Исследование изломов, дефектов и полное исследование выбранного участка детали. Если требуется установить только причину поломки, то образцы должны быть взяты по возможности ближе к излому или трещине. Для сравнения структуры и свойств обычно исследуют также образцы, взятые из здоровой части ма­териала.

3. При выполнении исследовательской работы выбирают наи­более целесообразный метод отбора проб в соответствии с целью работы. Следует также позаботиться о получении достаточного количества образцов.

После того как выбраны участки отбора образцов, необхо­димо решить, какое сечение этих образцов будет исследовано. Например, в слитке поперечное сечение (т. е. сечение, перпен­дикулярное оси слитка) даст информацию об изменении структуры от центра к краю. Исследуя это сечение, также можно выявить распределение неметаллических включений по всему сечению, степень поверхностного обезуглероживания в железных сплавах, глубину проникновения поверхностных дефектов и, если иссле­дуемый материал имел защитное покрытие, полученное луже­нием, гальванически и т. п., толщину и структуру покрытия.

В горяче- и холоднодеформированных материалах целесооб­разно исследовать как поперечное, так и продольное сечение. На продольных (т. е. параллельных главной оси материала) сечениях определяют деформацию, которую претерпели неме­таллические включения, степень пластической деформации мате­риала в целом; по искажению зерен; полосчатости и вообще каче­ство термической обработки. Для специальных исследований требуются сечения, парал­лельные исходной поверхности материала. И, наконец, в круглых прутках небольшого диаметра может оказаться целесообразным исследование как поперечного, так и продольного сечений.

Площадь поверхности образцов, предназначенных для при­готовления шлифов и металлографического исследования, не должна быть больше 3…6 м², а диаметры круглых образцов должны быть не более 1…2 м. Высота определяется легкостью манипулирования при полировании. При отборе образцов не всегда удается выполнить эти требо­вания, например, при исследовании сварных швов или усталостных изломов, при макроскопическом исследовании больших поверхностей, а также в тех случаях, когда исследуемый объем ма­териала очень мал (проволока, тонкая лента и т. д.). Небольшие образцы целесообразно закреплять с помощью специальных ма­териалов.

Механическую вырезку образцов можно проводить резцом, отрезным абразивным кругом, ножовочным полотном. Процесс следует проводить очень осторожно, чтобы не вызвать повреждения образца вследствие наклепа (пластической деформации) или нагрева. Например, при резке резцом микроструктура искажается на глубину до 2 мм, при разрезке абразивным кругом — на глубину до 1 мм. Влияние наклепа можно свести к минимуму, применяя смазку.

При механической вырезке необходимо предпринять меры для исключения его разогрева. Обильное и непрерывное охлаждение на всем протяжении опе­рации вырезки уменьшит нагрев, который особенно опасен для закаленных структур, так как приводит к их отпуску.

Другие виды вырезки для изготовления образцов применяются реже. Кислородно-ацетиленовая резка из-за нагрева металла полностью изменяет его струк­туру около поверхности реза и поэтому ее нельзя исполь­зовать для приготовления металлографических образцов. Однако если из-за формы и размера материала невозможно применить какие-либо другие способы, то кислородно-ацетиленовой резкой можно получить заготовки, а затем ножовкой вырезать из них металлографические образцы. Перспективной является резка образцов на электроэррозионных станках, при которой не происходит механического наклепа и нагрева поверхности.

Приготовленные образцы подвергают шлифованию для удаления слоя с искаженной при вырезке микроструктурой и полировке