metod_issled

− разрешающая способность. Свойство линзы объектива разделять

близко расположенные детали образца называется разрешающей способностью линзы. Ограничение разрешающей способности в оптики возникают вследствие аберраций (ошибок) элементов оптических систем и из-за явления дифракции (точка объекта изображается в виде «кружка рассеяния»). Если расстояние между крайними точками детали объекта меньше «кружка рассеяния», то данная деталь объекта находится за пределом разрешающей способности прибора и не может быть исследована.

Разрешающая способность определяется выражением

PC = 2λA ,

где λ – длина волны используемого света;

− глубина резкости – характеризуется величиной вертикального смещения деталей образца, которое может быть произведено без потери фокусировки. Эта величина пропорциональна 1/A2, а это означает, что при

грубой поверхности образца целесообразно использовать объективы с малой числовой апертурой.

В оптической микроскопии для лучшего изучения объекта используют различные способы освещения: светопольное, косое и темпнопольное. Кроме того, современные оптические микроскопы позволяют производить исследования с применением непрозрачной диафрагмы, поляризованного света, а также использование фазовоконтрастных методов исследования.

11

12

Оборудование

1.Микроскоп МИМ – 7 с полным набором оптики.

2.Образец технического железа и стали У8.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомление со схемой микроскопа.

2.Усановить объектив и окуляр, обеспечивающие × 500. Сфокусировать изображение структуры шлифа.

3.Отрегулировать освещение в светлом поле.

a.Установить однородное освещение линзы осветителя. Для этого на оправу линзы положить матовую бумагу и проверить, фокусируется ли изображение нити лампы в центре отверстия апертурной диафрагмы. такое положение достигается регулированием центровочных винтов осветителя.

b.Правильно установить полевую диафрагму относительно выбранного окуляра. Закрыв предварительно полевую диафрагму и глядя в окуляр, раскрыть полевую диафрагму так, чтобы ее края совпали с полем зрения окуляра. При наблюдаемом смещении полевой диафрагмы следует отцентрировать ее специальными центрировочными винтами. При

освещении большей площадки на шлифе изображение видимой части будет ухудшаться.

c.Правильно установить апертурную диафрагму осветителя. Для этого вынуть окуляр и, глядя на отражательное зеркало, где проектируется изображение светового поля объектива и апертурной диафрагмы, добиться того, чтобы апертурная диафрагма осветителя заполнила светом 75% поля объектива. Так достигается оптимальное сочетание хорошей контрастности

при наименьшей потере разрешающей способности микроскопа для объективов – ахроматов. При большем раскрытии апертурной диафрагмы

уменьшается четкость и контрастность изображения вследствие появления

13

рассеянного света из-засферической аберрации. При меньшем раскрытии уменьшается разрешающая способность микроскопа.

d.Рассмотреть и зарисовать видимую структуру.

Контрольные вопросы

1.Какие виды микроскопического исследования применяется при исследовании структуры материалов?

2.Какие характеристики имеют объективные линзы?

3.Когда целесообразно применять поляризованный свет?

4.Что такое числовая апертура?

5.От чего зависит разрешение оптического микроскопа?

6.В чем отличие металлографического микроскопа от биологического?

Лабораторная работа №3

ИЗМЕРЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА ПРИБОРЕ ПМТ – 3

Цель работы: изучить методику испытания твердости отдельных структурных составляющих сплавов и переходных зон, образовавшихся в месте контакта при диффузионной сварке разнородных материалов.

14

Содержание работы

Микротвердость – это твердость материала, измеренная в микроскопическом объеме.

Метод микротвердорсти служит для решения ряда металловедческих задач: для определения пределов растворимости в твердом состоянии, исследования диффузии в металлических сплавах, изучения ликвации, количественной оценки хрупкости фазы и структурных составляющих и др.

Наиболее распространенным прибором для испытаний материалов на микротвердость, применяющийся в современных лабораториях разнообразных назначений – это отечественный прибор ПМТ – 3. Прибор работает по принципу вдавливания под нагрузкой от 2 (5) до 200 г. В качестве вдавливаемого инструмента (индентора) в них применена алмазная

пирамида с квадратным основанием и углом при вершине между противолежащими гранями 136 град.

Прибор ПМТ –3 состоит из 2-х основных частей: нагружающего и измерительного устройства. На рис. 3 изображен прибор ПМТ –3 и указаны его основные узлы. Микротвердость определяется на приборе ПМТ –3 на протравленных шлифах при увеличении ×135 и 487.

Рис. 3. Прибор ПМТ –3:

1 – станина; 2 и 3 – винты предметного столика;4 – стойка; 5 – кольцевая гайка; 6 – кронштейн; 7 – механизм микроподачи; 8 – механизм макроподачи; 9 и 10 – кронштейны механизма нагружения; 11 – индентор (алмазная пирамида); 12 – окулярный микрометр; 13 – тубус.

15

Число твердости Н определяется по формуле:

Н μ = 1,8544 dР2 ,

где Р – нагрузка на пирамиду в кг;

d – среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки в мм.

Величина диагонали отпечатка определяется по формуле d = mc,

m = M2 – M1,

где c – цена маленького деления измерительного барабана окулярного микрометра, равная в приборе ПМТ –3 0,3 мкм;

M – число делений по шкале барабана микрометра.

Рис. 4. Схемы, поясняющие

последовательное выполнение приемов измерения диагонали отпечатков на приборе ПМТ – 3.

Значение микротвердости определяется по таблице разных нагрузок

(ГОСТ 9450-60).

При измерении микротвердости необходимо учитывать неизбежный разброс получаемых значений вследствие влияния соседних структурных составляющих с иной твердостью по причине различной толщины испытуемых элементов структуры, ошибки измерения и др. Поэтому нужно проводить не менее 3-х испытаний и пользоваться средним значением этих измерений. Повторные измерения следует проводить каждый раз на новом месте структурной составляющей.

Оборудование

1.Прибор ПМТ – 3 с набором грузов.

16

2.Набор шлифов сварных соединений из цветных и черных металлов и сплавов.

3.Пресс для заправки шлифов.

4.Пластилин.

5.Травители для выявления структуры стали и сплавов цветных

металлов.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации микротвердомера

ПМТ –3.

2.Подготовить образцы для испытания: при определении твердости

переходных зон в сварных образцах и отдельных структурных составляющих поверхность образца должна представлять микрошлиф с вытравленной структурой.

3.Исследуемый микрошлиф закрепляется на пластинке со штифтами пластилином. Строго параллельное положение поверхности

шлифа по отношению к плоскости предметного столика достигается вдавливанием образца в пластилин ручным прессом.

4.Пластинка с закрепленным образцом помещается на предметном столике, чтобы образец находился под объективом. Винтами грубой и тонкой подачи добиться хорошей видимости структурной составляющей, твердость которой измеряют.

5.Выбрав место испытания, образец вместе с предметным столиком перемещают так, чтобы это место оказалось в точке пересечения окулярного микрометра.

6.Установить на верхний шток алмазного наконечника груз.

7.Предметный столик повернуть приблизительно на 180° (от одного упора до другого) для того, чтобы испытуемое место шлифа установить под алмазным наконечником.

17

8.Медленно опустить индентор, который под действием груза

вдавливается в испытуемую структурную составляющую и оставляет отпечаток. Выдержка под нагрузкой составляет 10/15 сек. После окончания

выдержки индентор поднять до исходного положения и переместить предметный столик с образцом в исходное положение под объектив в поле зрения микроскопа.

9.Замерить микротвердость отдельных структурных составляющих углеродистой стали, титанового сплава и бронзы.

10.Замерить микротвердость сварных образцов, выявить твердость образовавшихся переходных зон и замерить их ширину (медь – никель, медь

–алюминий, титан – медь).

Контрольные вопросы

1.Что можно исследовать микротвердомером?

2.Что такое микротвердость?

3.В каких единицах измеряется микротвердость?

4.Возможные ошибки при замере микротвердости?

5.Порядок выполнения замеров на ПМТ – 3.

6.Какую нагрузку выбирают для замера микротвердости черных

металлов?

18

Лабораторная работа №4

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ

Цель работы: изучить влияние параметров технологических процессов на микроструктуру спеченых материалов и диффузионных соединений.

Содержание работы

Металлографический анализ является одним из наиболее распространенных методов исследования структуры и свойств материалов.

Он широко используется при разработке технологических процессов получения и обработки материалов и процессов их соединения (сварки, пайки и др.). Металлографический анализ заключается в исследовании строения материалов при больших увеличениях с помощью микроскопа. Наблюдаемая при этом структура называется микроструктурой. В

зависимости от требуемого увеличения для четкого наблюдения всех присутствующих фаз, их количества, формы и распределения, т.е. структуры

вцелом, в микроскопах используют:

¨Белый свет и обычные оптические системы, являющиеся комбинацией стеклянных линз и призм (оптическая микроскопия);

¨Электронные лучи или, точнее, поток электронов и оптические

системы на электромагнитных или электростатических линз (электронная микроскопия).

Применение белого света (оптическая или световая микроскопия)

позволяет наблюдать структуру материала при общем увеличении до

2000¼3000 крат; минимальное разрешаемое расстояние между деталями структуры при этом составляет 0,2 мкм. Таких характеристик микроскопа в

19

большинстве случаев достаточно для определения размеров многих фаз, присутствующих в материалах.

В оптической микроскопии для лучшего изучения объекта используют различные способы освещения: светопольное, косое, темнопольное, поляризованный свет, фазовоконтрастные пластины и т.д.

1. Изучение микроструктуры проводят на специально приготовленных плоских поверхностях – шлифах, т.к. для получения

изображения в оптических микроскопах необходимо интенсивное отражение световых лучей от поверхности исследуемого образца.

Поверхность шлифа исследуется под микроскопом сначала в полированном состоянии, а затем после выявления микроструктуры.

На полированной поверхности шлифа изучают наличие и расположение в материале пор, трещин, неметаллических включений; определяют их форму и размеры. Затем одним из известных способов (химическим или электорлитическим травлением, окислением поверхности при нагревании, вакуумным травлением и т.д.) выявляют микроструктуру материала. Изучение микроструктуры в начале при небольших увеличениях микроскопа 50¼100 крат. Для детального исследования применяют увеличение 500 и более крат.

В настоящей работе путем изучения микроструктуры порошковых спеченных материалов определяется влияние на нее основных параметров технологических процессов (температуры, усилия сжатия, времени). Для

количественной оценки микроструктуры применяются методы количественной металлографии: определение объемного содержания пор и измерение величины структурных составляющих.

Пористость или объемное содержание пор в материале можно определить, например, линейным методом Розиваля. По этому методу объемы пор (или фаз) вычисляют по длинам отрезков прямой, попавших на пору (или фазу). Отрезки прямой измеряют при помощи шкалы окуляра (рис. 5).

20