4. Світлова мікрофрактографія

Дослідження зломів методом світлової мікроскопії ставить за мету виявлення таких елементів будови поверхонь руйнування, шо не виявляються за невеликих збільшень макроаналізу, а також визначення певних ділянок зломів, які слід грунтовно дослідити за значних збільшень.

Світлова мікрофрактографія - це здебільшого засіб попереднього огляду поверхонь руйнування і вибору ділянок злому для подальшого Грунтовного дослідження. При цьому за мінімально можливого збільшення виявляються елементи мікрорельєфу, шо потребують вивчення за значних збільшень: фасетки, виділення вздовж меж зерен, різного виду вкраплень, мікронесуцільності тошо.

Для досліджень використовують металографічні мікроскопи, які дозволяють одержувати збільшення від 40-50 до 700-900 крат. Основна методична складність при цьому - мала глибина різкості та пов'язана з цим потреба ретельного орієнтування досліджуваної поверхні зломів відносно оптичної осі мікроскопа. Для цього використовують пристрої, що дозволяють утримувати зразок на столику мікроскопа і повертати його для змінювання орієнтації досліджуваної поверхні злому. Так, наприклад, для зручності вивчення зломів використовують гоніметри, що випускають серійно як приставку до мікроскопа МІМ-9. Простим і досить зручним пристосуванням для дослідження зломів у світловому мікроскопі є також столик Е. С. Федорова (рис. 8.16, а). В. С. Коваленко запропонував приставку до

мікроскопа (рис. 8.16, Є), основні деталі якої входять в отвір предметного столика мікроскопа. Н. Н. Попова використовувала поворотний вузол кріплення фотоапарата до штатива (рис. 8.16, в), а Г. К. Зеленський запропонував фрактографічну голівку, що дозволяє зорієнтувати поверхню злому в потрібній площині і вимірювати мікротвердість на обраних ділянках злому (рис. 8.16, г).

Р ис. 8.16. Пристосування для дослідження зломів за допомогою світлового мікроскопа: а - столик Є. С. Федорова; б - приставка В. С.

Коваленка; є - пристосування Н. Н. Попової (7 - шайба столика мікроскопа,

2. - штатив, З - гніздо для піднімання держака, 4 - гвинт, 5 - держак, б - поворотний вузол; г - голівка Г. К. Зеленського; д - пристосування

А. С. Цапфе з концентричними сферами 1 - зразок, 2 - столик металографічного мікроскопа)

Зразок прикріплюють до обойми 7 пластиліном. Голівку б розміщують на предметному столику мікроскопа 1]. Під час повороту столика рух передається через стакан 4 і гайку 2 у сфері 12, Після грубого настроювання у діапазоні кутів ±30° настроювання виконують за допомогою гайки 13 і гвинта 14. їх переміщення передається на кришку 1, стрижень 15 та обойму 7 зі зразком. Підтискувач голівки, б зі столиком регулюють притискуванням

пружини З гайкою 2. Аналогічне призначення мають також пружини 9 і 5 та гайка 8. Для вимірювання мікротвердості фрактографічну голівку знімають з мікроскопа, повертають на 180° і встановлюють на упорі 10, яку разом з голівкою встановлюють на столику мікротвердоміра. А.С. Цапфе для зміни орієнтації поверхні зломів використовував конструкцію у вигляді концентричних сфер (рис. 8.16, д). Це дозволяє переміщувати зразок 7 в горизонтальній площині за допомогою столика мікроскопа 2, а також нахиляти його для потрібного орієнтування відносно оптичної осі мікроскопа.

Якщо немає пристосування для зміни кута нахилу зразка, злом розміщують на металографічному столику, який дозволяє його гори­зонтально переміщувати таким чином, щоб одержати «відблиск» від оптимально зорієнтованої поверхні (фасетки) злому. Фасеткою називають елемент обмеженої поверхні злому, зорієнтований в одній або кількох близько зорієнтованих площинах, у межах яких відбувається руйнування у певному напрямі (рис. 8.17).

Мікробудову ділянок злому вивчають з використанням прямого, косого і темнопольного освітлення. Для дослідження зломів у прямому освітленні для підсилення контрасту зображення за рахунок чергування світла і тіні рекомендують трохи змінювати нахил зразка. Застосування косого освітлення дозволяє підсилити Контрастність зображення у зв’язку з утворенням тіней від рельєфу поверхні злому. Темнопольне освітлення дає змогу освітлювати окремі площини зломів (фасетки), що важливо для визначення їх розмірів. Освітлення окремих ділянок поверхні злому при цьому може бути нерівномірним.

б в

Рис. 8.17. Фасетки внутрішньозеренного (а, б) і міжзеренного (в) руйнування. х150

За значних збільшень і наявності глибокого рельєфу поверхні руйнування зручно здійснювати спостереження, поступово змінюючи фокусування. Для одержання фотознімків таких зломів можна застосувати послідовне фотографування їх поверхні на різній глибині, після чого фотографії монтують, суміщуючи ділянки з різким зображенням злому.

В окремих випадках використовують метод вирівнювання поверхні, за якого спочатку вивчають висту пні елементи злому, потім їх сточують і таким чином здійснюють пошарове дослідження злому. Суттєвий недолік цього методу - псування поверхні злому,

Світлова мікрофрактографія дозволяє визначити такі основні характеристики зломів: лінійний розмір фасетки, її одно- або багатоплощинність, ступінчастість; геометрію її периметра (прямолінійні, криволінійні, змішані межі). Зовнішній контур фасетки можна класифікувати як прямокутний, трапсцеподібний, пелюстковий або папоротеподібний. Крім цього, визначають наявність смугастості, штрихуватості, зсувів, кількість та розмір систем цих ліній (прямих, звивистих, що переходять у розщілини, дрібних типу штрихів тощо); наявність тріщин, шпарин та інших порушень суцільності кристалічної ділянки (тріщини розколу, розшарування фасетки на блоки); стан поверхні фасетки (гладка, шорстка, ряба тощо) та її будову (пакетна, що характеризує розташування макроблоків у вигляді пакетів; голкоподібна, ялинково-дендритна або пелюсткова та ін.). Можуть також бути два або більше видів будови в одній кристалічній ділянці злому.

Рис. 8.18. Фасетки міжзеренного руйнування сталі 40Х (гартування

від 900 °С; відпуск за температури 600 °С). х340

Досліджуючи зломи з використанням світлового мікроскопа, досить легко розрізняють поверхні міжзеренного (інтеркристалітного) і внутрішньозеренного (транскристалітного) руйнування (рис. 8.18). За умов

міжзеренного руйнування видно обриси граней зерна, фасетки мають матову поверхню. Внутрішньозеренний злом характеризує наявність блискучих фасеток, часто різної форми і дисперсності. У разі розвитку руйнування без помітної пластичної деформації певних кристалографічних площин транскристалітний злом має вигляд блискучих гладких фасеток, що часто утворюють систему мікроповерхонь. Під час руйнування зі значною пластичною деформацією спостерігається тонка волокниста будова злому без рельєфної огранки зерен.

а б

Рис. 8.18. Фрактограми внутрішньозеренного руйнування сталі 40Х (гартування від 850 °С, відпуск 600 °С): а - х340; б - х800

Зниження температури випробувань призводить до порушення суцільності фасеток, подрібнення їх на блоки і руйнування структури зерна вздовж меж блоків (рис. 8.19). За підвищених температур випробування руйнування розвивається здебільшого вздовж меж зерен або площин спайності.

Інформаційні можливості світлової мікрофрактографії досить обмежені малою глибиною різкості зображення і роздільною здатністю мікроскопа. При цьому вдається спостерігати і досліджувати лише невеликі ділянки злому (фасетки) без глибокого рельєфу. Тому на сьогодні світлова мікрофрактографія слугує здебільшого для попереднього огляду і вибору ділянок злому з метою грунтовнішого дослідження.

а

б

+20 -ЗО -ICO -19G

Температура випробування.°С

Рис. 8.19. Фрактограми сталі 20JI, легованої 0,46 % Cu (а) і 0,003 % В (б) залежно від температури випробування, х480 (В. JI. Пілюшенко)