Теоретические сведения

Понятие  структура  (лат. structura взаиморасположение и связь составных частей чего-либо) очень широкое. Различают микроструктуру, видимую невооруженным глазом или с помощью лупы (трещины, неметаллические включения и т. д.); микроструктуру, изучаемую с помощью оптических или электронных микроскопов (зерна); тонкую структуру, изучаемую с помощью дифракционных методов (кристаллические решетки).

Микроструктурный анализ позволяет выявить зернистое строение материалов, оценить форму и размер зерен.

Формирование зернистой структуры материалов происходит в процессе их кристаллизации. Поэтому студентам при подготовке к данной работе предлагается изучить теоретические сведения к лабораторной работе 1“Изучение процесса кристаллизации”.

Метод микроструктурного анализа включает в себя приготовление микрошлифов и их исследование с помощью металлографического микроскопа. Оптическая схема металлографического микроскопа изображена на рис. 12. Световые лучи от электрической лампы 1 попадают на полупрозрачную пластину 2. Поскольку пластина полупрозрачная, часть лучей пройдет через нее, а часть отразится. Пластина установлена под углом 45^о к световому потоку, поэтому отраженные лучи по закону отражения света направляются вниз и проходят через объектив 3, а затем попадают на поверхность металлического образца 4. Отражаясь от его поверхности, лучи вновь через объектив 3 и полупрозрачную пластину 2 проходят окуляр 5 и воспринимаются глазом наблюдателя. При отражении от гладкой полированной поверхности (рис. 13 а) световой поток воспринимается глазом  как  светлый  участок  поверхности.  При наличии на образце дефектов, неровностей (рис. 13 б) световой поток уходит в сторону от объектива (закон отражения света), и наблюдатель - видит на этом месте поверхности темное пятно.

Рис. 12. Оптическая схема металлографического микроскопа

Микрошлифом  называется образец металла, поверхность которого подготовлена для микроанализа. Приготовление микрошлифов состоит из нескольких последовательных процессов: подготовки плоской поверхности, шлифования и полирования. Плоскую поверхность подготавливают    на    торцовой     поверхности образца при помощи напильника. Полученная поверхность должна быть плоской  и не должна  иметь  завалов.  При ручном способе шлифования на жесткую плоскую подкладку (толстое стекло или лист металла), расположенную горизонтально, кладут наждачную бумагу. Затем образец  ставят   на  бумагу  заторцован-

ной  плоскостью  и  шлифуют  с  легким нажимом до полного исчезновения рисок, оставшихся после торцовки. Когда на шлифе останутся риски только от бумаги, шлифование прерывают. После этого операцию повторяют на бумаге с более мелким зерном. При  повторном шлифовании  направление  движения об- разца  должно быть  направ­лению рисок,

Рис. 13. Отражение светового потока от поверхности образца

оставшихся от первого шлифования. Операцию шлифования повторяют, используя последовательно бумагу с меньшим номером зернистости и каждый раз изменяя направление  дви­жения шлифа  на 90^о.  Закон­чив  шлифование на   бумаге   с   самым   мелким  зерном,   образец   промывают про - точной водой и полируют на полировальных станках. Перед началом работы на станке получают инструкцию у лаборанта или преподавателя.

Для выявления микроструктуры металла применяют специально подобранные реактивы. Эту операцию обработки поверхности называют травлением. Вследствие неоднородной протравливаемости различных структурных составляющих (например, границы между зернами протравливаются быстрее, чем поверхность самого зерна) световой поток, направленный на поверхность шлифа, по-разному отражается от различных участков поверхности, что и создает изображение микроструктуры металла (рис. 14). Для травления поверхность шлифа протирают ватным тампоном, смоченным реактивом.

Рис. 14. Отражение светового потока от поверхности протравленного образца

Реактив для травления подбирают в зависимости от изучаемого материала (2 - 4 % раствор азотной кислоты в спирте - для железоуглеродистых сплавов). После травления поверхность образца промывают спиртом. Качество травления проверяют под микроскопом. Если поверхность шлифа очень светлая, то шлиф недотравлен, в этом случае производят повторное травление. Если же поверхность темная, с цветными разводами - шлиф перетравлен. В этом случае его переполируют, чтобы снять поверхностный слой, и повторно травят.