3.3 Принцип действия и устройство металлографического микроскопа.

Металлографические исследования проводили с помощью светового микроскопа «Leica EZ4D».

Рисунок 1. микроскопа «Leica EZ4D».

Для изучения микроструктуры металлов используют металлографические микроскопы (рис. 2). Подготовленный соответствующим образом шлиф 1 помещают перпендикулярно оптической оси микроскопа в плоскости, совпадающей с передней главной фокальной плоскостью объектива 2. Шлиф освещается проходящим через объектив почти параллельным оптической оси пучком света, который формируется посредством осветительной системы, состоящей из источника (лампы) 3, коллекторной линзы 4, апертурной 5 и полевой 7 диафрагм, вспомогательных линз 6, 8 и полупрозрачной пластинки 9. Световые лучи, отражающиеся от участков поверхности шлифа, приблизительно нормальных оптической оси микроскопа, попадают в объектив, а те лучи, которые отражаются от неровностей поверхности, не попадают в его поле. На конечном изображении поверхности шлифа, создаваемом окуляром 10, все отражающие свет участки, перпендикулярные оптической оси микроскопа, оказываются светлыми, а участки, наклоненные к оси, – темными. Благодаря этому выявляются различные элементы структуры металла, например, границы зерен, которые при подготовке шлифа обычно вытравливаются в канавки, или частицы выделений, включения и поры.

Объектив создает обратное действительное увеличенное изображение образца в передней фокальной плоскости окуляра S1. Окуляр дополнительно увеличивает это изображение и дает окончательное мнимое увеличенное изображение образца S2 на расстоянии ≈250 мм от глаз наблюдателя 11.

Рисунок 2. Принципиальная схема металлографического микроскопа

При фотографировании изображения или его наблюдении на экране вместо “глазных” окуляров используют специальные фотоокуляры (или 30 гомали), которые принимают световые лучи, идущие непосредственно из объектива, и создают действительное первичное изображение на фотопластинке или экране. Увеличение микроскопа равно произведению соответствующих увеличений объектива и окуляра. Основное увеличение обеспечивается объективом, оно может достигать 100. Увеличение окуляра обычно не превышает 20. Если необходимо точно определить увеличение проецируемого изображения, то в качестве объекта следует использовать пластинку с микрометрической шкалой (объект-микрометр), на которой нанесены через каждые 0,01 мм деления на общей длине 1 мм.

Выявление микроструктуры осуществляли путем травления в нитале (4%-м растворе азотной кислоты в спирте).

3.2 Макроанализ.

Макроанализом называется изучение структуры металла или сплава невооруженным глазом или с помощью лупы при небольшом увеличении (до 30 раз). Структура металла при этом может изучаться либо непосредственно на поверхности, либо в изломе детали или специально приготовленного для этой цели образца.

Макроанализ дает представление об общем строении металла и позволяет оценить его качество после различных видов обработки: литья, давлением, сварки, термической и химико-термической.

Этот анализ не определяет подробностей строения и часто является предварительным видом исследования; однако он позволяет выбрать те участки, которые требуют дальнейшего микроскопического исследования.

С помощью макроанализа можно определить:

1) нарушения сплошности металла, подусадочную рыхлость, центральную пористость, свищи, подкорковые пузыри, межкристаллитные трещины, трещины, возникшие при обработки давлением и термической обработки, флокены, дефекты сварки (в виде непроваров, газовых пузырей);

2) дентритное строение, зону транскристаллизации, размеры и ориентацию зерен в литом металле.

3) химическую неоднородность литого металла (ликвацию) и присутствие в нем грубых инородных включений;

4) волокнистую структуру деформированного металла;

5) структурную или химическую неоднородность металла, созданную термической, термомеханической или химико - термической обработкой;

6) вид излома: вязкий, хрупкий, нафталинистый, камневидный и т.д.;

7) прокаливаемость (для инструментальных сталей, для которых требуется сохранение вязкой сердцевины).

При помощи макроанализа сварных соединений можно определить:

1) форму и размеры шва

2) площадь и форму провара основного металла;

3) направленность, рост и размеры кристаллитов;

4) размеры и форму околошовной зоны;

5) наличие в соединении непроваров, трещин, пор, шлаковых включений, химической неоднородности и т.п.

Данные макроструктурного анализа дают довольно точное представление о качестве сварного соединения и об изменениях, которые нужно ввести в технологию сварки для улучшения качества швов.

Перед травлением поверхность образца шлифуется на плоскошлифовальных станках или в ручную. Окончательная обработка макрошлифа осуществляется шлифовальной шкуркой зернистостью 240-280. Для травления шлифов применяют различные реактивы в зависимости от материала сварного соединения и предполагаемых особенностей макроструктуры.

Травят образцы в растворе, подогревом до 60 С. После травления шлиф осветляется в 10% -ном водном растворе азотной кислоты.

Универсальным раствором для выявления структуры сварных швов практически на всех сталях является раствор хлористого железа (200гр.) и азотной кислоты (300мл) в 100 мл. воды. Образец травят протиранием ватным тампоном, смоченным в растворе.