Введение
Лабораторный практикум разработан с целью оказания помощи студентам при изучении дисциплины «Материаловедение» и приобретения практических навыков работы на исследовательской аппаратуре.
В практикум включены работы по разделам «Структура и свойства сплавов, применяемые в различных отраслях» и «Технология термической обработки», даны методики подготовки и проведения работ, алгоритм выполнения для формирования у студентов знаний второго уровня.
В каждой лабораторной работе изложены основы теоретических сведений, необходимые для понимания сущности рассматриваемого вопроса, указываются материалы и оборудование, порядок выполнения работы и схема оформления отчета. Кроме того, даны контрольные вопросы для самопроверки.
При подготовке к лабораторной работе студент может использовать конспект лекций, учебник и данный практикум, а по окончании работы представить отчет и сдать зачет по работе.
Лабораторный практикум может быть использован для всех технических специальностей, где, согласно программе, изучаются дисциплины «Материаловедение», «Материаловедение и ТКМ».
Лабораторная работа № 1 Микроанализ металлов и сплавов
Цель работы: ознакомиться с микроанализом, техникой приготовления микрошлифа, устройством металлографического микроскопа, основными структурными составляющими металлических материалов, приобрести навыки работы с микроскопом.
1.1 Теоретические сведения
Микроскопический анализ заключается в исследовании структуры металлов с помощью микроскопа. Наблюдаемая в микроскоп структура называется микроструктурой. При помощи микроанализа изучают фазовый состав и структурные составляющие металла или сплава; размер, форму и ориентировку зерен; наличие дефектов, снижающих качество металла (включения, микротрещины и др.).
Результатом микроанализа является заключение о характере обработки материала, о соответствии структуры техническим условиям, нарушении технологии и т.п.
Микроанализ включает две операции: приготовление микрошлифа и изучение его микроструктуры.
1.1.1 Приготовление микрошлифа
Микрошлиф представляет собой образец, вырезанный из готовой детали, заготовки или инструмента, специально подготовленный для исследования микроструктуры. Приготовление микрошлифа включает ряд операций.
Шлифование. Исследуемую поверхность шлифуют (на специальном станке или вручную) наждачной бумагой разной зернистости. Последовательно переходят от крупного зерна (№ 100 – 180) к обработке бумагой с мелким зерном (№ 220 – 320). При переходе от одного номера к другому направление шлифования изменяют на 90 градусов. Шлифование каждый раз ведут до тех пор, пока не исчезнут риски от предыдущей обработки. После шлифования поверхность промывают водой и сушат фильтровальной бумагой.
Полирование. Механическое полирование проводят на вращающемся круге, обтянутом фетром или тонким сукном. В качестве абразива применяют водные суспензии окиси хрома или алюминия или специальные полировальные пасты. Обработку ведут до зеркального блеска.
Отполированный образец промывают водой, сушат фильтровальной бумагой и протирают ваткой, смоченной этиловым спиртом (обезжиривают). Полированный шлиф под микроскопом имеет вид светлого круга (микроструктура не видна). На таком фоне хорошо видны только неметаллические включения (оксиды, нитриды, сульфиды, графит в чугуне и т. п.), так как они по своим оптическим свойствам отличаются от металлов.
Травление. Цель травления – выявить микроструктуру металла. Погружают полированную поверхность в реактив (травитель) на 3 – 8 секунд. В результате химического и электрохимического взаимодействия реактива с металлом (сплавом) на поверхности шлифа появляется микрорельеф, повторяющий структуру металла. Так, например, на границах зерен металл интенсивнее переходит в раствор, и на их месте появляется впадина. Свет на этих участках рассеивается, не попадает в объектив, и контур зерен становится видимым в микроскоп (рисунок 1.1).
а б
Рисунок 1.1 – Схема отражения светового луча:
от полированной поверхности (а);
от протравленной поверхности (б)
После травления шлиф промывают сильной струей воды, сушат фильтровальной бумагой.