|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Материаловедение и технологияСтр 1 из 6Следующая ⇒
Материаловедение. Материаловедение и технология Материалов. Конструкционные и биоматериалы
Методические рекомендации к лабораторным работам для студентов технических специальностей, обучающихся по российским и белорусским образовательным программам Исследования структуры и свойств сплавов
Могилев 2018 УДК 669.01 ББК 30.3 М 34 Рекомендовано к опубликованию учебно-методическим управлением ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»
Одобрено кафедрой «Технологии металлов»., протокол № 9
Составители: д-р техн. наук, проф. Ф. Г. Ловшенко, канд. техн. наук., доц. А. И. Хабибуллин.
Рецензент канд. техн. наук, доц. А.В. Капитонов
В первой части лабораторного практикума содержатся основные теоретические положения и методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Материаловедение».
Учебное издание
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ. КОНСТРУКЦИОННЫЕ И БИОМАТЕРИАЛЫ Исследования структуры и свойств сплавов
Ответственный за выпуск Д. И. Якубович Технический редактор А. Т. Червинская Компьютерная верстка И. А. Алексеюс
Подписано в печать . Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Усл.-печ. л. . Уч.-из. л. . Тираж 180 экз. Заказ №
Издатель и полиграфическое исполнение Государственное учреждение высшего профессионального образования «Белорусско-Российский университет» ЛИ № 02330/375 от 29.06.2012 г. 212005, г. Могилев, пр. Мира, 43
© ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет» С одержание
Лабораторная работа № 1. Определение твердости металлов и сплавов
Цель работы 1 Ознакомление с основными методами измерения твердости и микротвердости. 2 Приобретение навыков в работе с приборами для измерения твердости. Оборудование и инструмент: твердомерБринелля (ТБ-3000), твердомер Роквелла (ТР 5014), твердомер Виккерса (ИТ 5010-01).
Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое. Измерение твердости вследствие быстроты и простоты осуществления, а также возможности без разрушения изделия судить о его свойствах получило широкое применение для контроля качества металла в металлических изделиях и деталях. Наибольшее применение в промышленности нашли статические методы по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу, схема реализации которых приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема определения твердости по Бринеллю (а), Роквеллу (б), Виккерсу (в) Определение твердости по Бринеллю. Сущность метода заключается во вдавливании стального шарика диаметром D, мм, в образец (изделие) под действием нагрузки F, Н, и измерении диаметра отпечатка d, мм, после снятия испытательной нагрузки (рисунок 1.1, а). Твердость определяют, как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности сферического отпечатка по формуле
HB = Где: F – прилагаемая нагрузка, Н; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм. Для железа, стали, чугуна и других прочных сплавов рекомендуются следующие условия испытаний, таблица 1.1.
Таблица 1.1 – Зависимость между диаметром шарика и рекомендуемой нагрузкой
Чем меньше толщина испытуемого изделия, тем меньший диаметр шарика можно использовать, но, в любом случае, толщина образца должна превышать глубину отпечатка в 10 раз. Минимальная толщина испытуемого образца – 0, 09 мм. При этом испытания проводятся шариком диаметром 1, 0 мм при нагрузке 49, 03 Н. Обычно определение твердости осуществляется шариком диаметром 10, 0 мм при нагрузке 29420 Н и продолжительностью выдержки под нагрузкой 10 с. В этом случае твердость обозначается цифрами, характеризующими ее величину, и буквами НВ, например: 170 НВ. При других условиях испытаний после букв НВ указываются условия испытания в следующем порядке: D, F – и время выдержки под нагрузкой (в секундах), например: 190 НВ 5/7350/20. Между временным сопротивлением sВ и числом твердости НВ существует зависимость: для стали и алюминиевых сплавов sВ ≈ 0, 33 НВ, для медных сплавов sВ ≈ 0, 45 НВ. Метод Бринелля не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов – более 200 НВ. При использовании вместо стального шарика твердосплавного предельное значение твердости не должно превышать 650 единиц. В этом случае в обозначение твердости вводится дополнительно буква W, например: 570 HBW. Определение твердости по Роквеллу. Сущность метода заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом с углом у вершины 120° (шкалы А и С) или со стальным шариком диаметром 1, 58 мм (шкала В) в испытуемый образец под действием последовательно прилагаемых предварительной Fo и основной F1 нагрузок и измерений остаточного увеличения глубины внедрения наконечника е (е = (h – ho) / 0, 002) после снятия основной нагрузки в единицах измерения 0, 002 мм. При испытании с использованием шкалы А нагрузка составляет 588 Н, шкалы В – 980 Н, шкалы С – 1470 Н. Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рисунке 1, б. Под предварительной нагрузкой Fo индикатор прибора вдавливается в образец на глубину hо. Затем на испытуемый образец подается полная нагрузка F = Fо + F1, и глубина погружения наконечника возрастает. После снятия основной нагрузки F1 прибор показывает число твердости по Роквеллу HR. Твердость является величиной, обратной глубине вдавливания. Единица твердости по Роквеллу – безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индикатора на 0, 002 мм. Числа твердости определяются по формулам: HRC (A) = 100 – е; HRB = 180 – e. Шкала А используется для измерения твердости очень твердых, но хрупких материалов, а также для тонких и твердых поверхностных слоев (0, 5–1, 0 мм). По шкале В определяют твердость сравнительно мягких (незакаленных) материалов (< 400 HB). Шкала С используется для испытания материалов, имеющих высокую твердость (после закалки) (> 450 НВ). Пределы измерения твердости по шкале А – 70–85 единиц, шкале В – 25–100 единиц, шкале С – 22–63 единицы. Условная запись твердости для разных шкал – HRА, HRB, HRC. Например, 60 HRC (твердость 60 единиц по шкале С). В настоящее время применяется обозначение HRCэ – это твердость, воспроизводимая государственным специальным эталоном. Твердость по Виккерсу. Метод заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды (угол при вершине 136о), в образец под действием нагрузки F и измерении диагонали отпечатка d (в миллиметрах), оставшегося после снятия нагрузки (рисунок 1, в). Нагрузка может изменяться в пределах 9, 8–980 Н. Твердость по Виккерсу определяется по формуле HV = 0, 189 Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Чем тоньше материал, тем меньше должна быть нагрузка. В стандартных условиях испытаний (при нагрузке 294Н, времени выдержки 15с) обозначение твердости по Виккерсу выглядит как, например, 430 HV. При других условиях испытаний указывается нагрузка и продолжительность выдержки под нагрузкой (например, 250 HV 10/40). Методы НВ и HRB применяются для мягких материалов, HRC – для твердых, HRA – для твердых и тонких покрытий. Метод Виккерса является универсальным. Твердость типовых изделий из углеродистых сталей приведена в таблице 1.2. Если твердость указанных изделий не соответствует рекомендуемым значениям, можно сделать вывод о браке термической обработке или особых условиях их эксплуатации.
Таблица 1.2 – Твердость типовых изделий из углеродистых сталей
Контрольные вопросы
Цель работы
1. Ознакомление с методикой проведения макроскопического анализа; изучение поверхностей деталей, изломов, макрошлифов. 2. Выявление макродефектов и причин разрушения металлов. 3. Приобретение навыков зарисовки макроструктур.
Оборудование и инструмент: шлифовально-полировальная машина FORCIPOL IV с автоматической головкой FORCIMAT.
Изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом, а также при помощи лупы носит название макроскопического метода исследования или макроанализа. Строение металлов, изучаемое при помощи макроанализа, называется макроструктурой. Макроскопическому исследованию могут подвергаться различные объекты: поверхности отливок и поковок; изломы изделий; макрошлифы нетравленые или с выявленной специальными методами структурой. Макроанализ дает представление об общем строении металла, позволяет оценить его качество после различных видов обработки: литья, обработки давлением и пр. С помощью макроанализа можно определить: – различные поверхностные дефекты заготовок; – вид излома – вязкий, хрупкий, нафталинистый, усталостный и др.; – нарушения сплошности металла – усадочная рыхлость, центральная пористость, свищи, дефекты сварки (непровары, газовые пузыри) и др.; – дендритное строение, зону транскристаллизации, размеры и ориентацию зерен в металле; – химическую неоднородность литого металла (ликвацию) и присутствие в нем грубых инородных включений, волокнистую структуру деформированного металла; – неоднородность металла, вызванную термической или химико-термической обработкой и др. Макроанализ излома металла. По виду излома устанавливают характер и причины разрушения изделия, неоднородность структуры, обусловленную термической и химико-термической обработкой (толщину цементованного, закаленного, обезуглероженного слоя) и другие особенности строения. Хрупкий излом имеет кристаллическое строение. В нем обычно можно видеть форму и размер зерен металла. Такой излом проходит или по границам зерен (межкристаллический) или по зернам (транскристаллический) (рисунок 2.1). Его разновидностями являются нафталинистый, камневидный (рисунок 2.2).
Рисунок 2.1 – Нафталинистый излом Рисунок 2.2 – Камневидный излом
Вязкий излом имеет волокнистое строение. Из-за значительной степени пластической деформации форма и размеры зерен не различаются. Усталостный излом имеет две зоны разрушения: усталостную с мелкозернистым, фарфоровидным, часто ступенчато-слоистым строением, иногда с отдельными участками блестящей гладкой поверхности и зону обычного (вязкого или хрупкого) разрушения (см. образец 3). Макроанализ шлифов. Образцы (темплеты) для макроанализа вырезают из наиболее характерных участков заготовок. Например, при исследованииразрушенных изделий макрошлиф должен выявлять те дефекты, которые предположительно явились причиной разрушения. Направление вырезки образцов выбирается в зависимости от целей анализа. При изучении строения слитка обязателен продольный осевой разрез. Макроструктуру катаных заготовок, как правило, изучают в поперечном сечении, кованых - в поперечном или продольном сечениях и т. д. Обработка образцов заключается в шлифовании их с охлаждением на станках или с помощью тонкой шлифовальной бумаги. Со шлифованной поверхности удаляются следы грязи, масла и т. д. Ряд дефектов макроструктуры уже могут быть рассмотрены на подготовленном таким образом макрошлифе, но в большинстве случаев требуются дополнительные меры для их выявления. Они делятся на три основные группы: 1) метод глубокого травления, позволяющий выявить трещины различного типа, обезуглероженный или цементованный слой, дендритную структуру и т. д.; 2) метод поверхностного травления, позволяющий выявить отдельные детали структуры (размеры зерна, направление роста кристаллов, неоднородность структуры), макроструктуры сварного шва и др. В состав реактивов входят различные кислоты, соли и др. вещества; 3) метод отпечатков, позволяющий получить изображение макроструктуры на фотобумаге, фотопленке или материи. При этом материал с нанесённым на него реактивом прижимается к поверхности шлифа, реактив реагирует с определенными структурными составляющими, в результате чего происходит характерное окрашивание определенных участков. Этим методом определяют в сталях количество, размер и форму зернистых включений, распределение оксидных включений, фосфора. Дефекты макроструктуры Центральная пористость (усадочная) в непрерывно-литой заготовке (рисунки 2.3, 2.4). Причины возникновения: не обеспечивается достаточное поступление жидкого металла в объемы, где заканчивается затвердевание. Предупреждение: оптимальная температура металла при разливке, соблюдение скорости разливки.
Примечание – Если усадочные поры не вскрыты, то при горячей деформации они завариваются.
Рисунок 2.3 – Единичная пора Рисунок 2.4 – Скопление пор Примечание – Если усадочные поры не вскрыты, то при горячей деформации они завариваются. Усадочная раковина – полость, возникающая в прибыльной части слитка вследствие усадки стали (см. образец 4). При неполном удалении прибыли остатки усадочной раковины переходят в прокат. Выявляются в изломе в виде темных полос, расслоений, стенки которых содержат неметаллические и шлаковые включения. Пористость по оси – мелкие пустоты, не заварившиеся при горячей обработке давлением слитка (рисунок 2.5). На макрошлифе пористость выявляется в виде темных точек различного размера. Развитие дефекта определяется количеством и размерами отдельных пор. Пористость оценивается соответствующим баллом. Пористость по сечению – мелкие травящиеся точки, расположенные по всему сечению макрошлифа (рисунок 2.6).
Рисунок 2.5 – Пористость по оси Рисунок 2.6 – Пористость по сечению
Причины возникновения: недостаточное раскисление стали, при быстром затвердевании из расплава не полностью удалились газы. Подкорковые пузыри представляют собой внешний « контур » газовых раковин, характерный для кипящих сталей. Расположены очень близко к поверхности и обнажаются при нагреве слитка и последующей прокатке в виде дефектов округлой или овальной формы. Пустоты различной величины и формы, чаще одиночные, образуются вследствие раскрытия и неполной заварки термических трещин и называются скворечниками. Вокруг дефекта отсутствуют ликвация углерода, серы и фосфора, а также неметаллические включения. Ковочные трещины. Неверный режим ковки может вызвать появление ковочных трещин, которые появляются внутри заготовки около осевой зоны в виде трещин по диагоналям (ковочного креста) либо нескольких трещин, направленных от оси заготовки в стороны (см. образец 5). Рванины – раскрытые разрывы, образовавшиеся вследствие пониженной пластичности металла, расположенные поперек направления деформации (см. образец 6). Причиной понижения пластичности может являться перегрев металла или слишком низкая температура заготовки при горячей ОМД. Дефекты имеют вид разветвленных разрывов с окисленной поверхностью. Осевые интеркристаллитныетрещины в отличие от ковочных более прямолинейные и широкие. В изломе межкристаллитные трещины имеют вид грубых окисленных расслоений. Вследствие чрезмерного повышения температуры, вызывающего диффузию кислорода вдоль границ зерен, возникает явление пережога. На темплете пережог выглядит в виде сильноразветвленных трещин, часто расположенных в виде сетки (рисунок 2.7). В процессе горячей пластической деформации при пережоге может произойти разрушение по границам зерен. Такой вид дефекта называется черновиной, которая на макрошлифе выявляется в виде рыхлой, сильно травящейся зоны. Внутренние трещины от напряжений обусловлены чрезмерно высокими внутренними напряжениями, возникающими в процессе формирования заготовки, и пониженной прочностью и пластичностью стали в различных температурных интервалах. Степень развития трещин зависит от величины напряжений, а также от содержания в металле вредных примесей. Диагональные трещины в отливках (рисунок 2.8) возникают вследствие неравномерного охлаждения слитка в кристаллизаторе. Трещины, расположенные перпендикулярно к поверхности заготовки возникают из-за резкого охлаждения, из-за высоких напряжений, появляющихся при деформации поверхности заготовки. Меры предупреждения: регламентировать содержание вредных примесей в металле, соблюдать температурный интервал разливки, оптимизировать процесс ОМД (не превышать предельно допустимые значения скорости и степени деформации). Примечание – Трещины, не выходящие на поверхность заготовки, в дальнейшем завариваются при горячей деформации, так как границы их не окислены.
Рисунок 2.7 – Пережег Рисунок 2.8 – Диагональные трещины
Флокены – тонкие извилистые трещины длиной до 30 мм, образующиеся в стали при повышенном содержании водорода (рисунок 2.9). В изломе флокены выявляются в виде округлых или эллиптических пятен серебристого или светлого оттенка. При последующей горячей деформации в заготовке могут образоваться скворечники от флокенов (рисунок 2.10). Шлифовочно-травильные трещины являются результатом слишком сильного прижима металла при шлифовании очень твердым абразивным кругом и недостаточного охлаждения металла. Они имеют вид сетки, расположенной перпендикулярно к направлению шлифовки (см. образец 7). Свищи в прокате представляют собой крупные газовые включения, располагающиеся отдельно или группами по сечению заготовки. Выявляются в виде отдельных крупных пустот и пор круглой, овальной или вытянутой формы (рисунок 2.11).
Рисунок 2.9 – Флокены Рисунок 2.10 – Скворечник
Рисунок 2.11 – Свищи Инородные металлические или неметаллические включения – кусочки различного рода нерастворившихся ферросплавов, утеплительных засыпок, шлака или случайно попавших в слиток частичек окисленного металла. Имеют различную с основным металлом травимость. В прокате обнаруживаются в виде волосовин (рисунок 2.12), неправильных по форме полостей, заполненных и окруженных неметаллическими включениями (рисунок 2.13), расслоений (рисунок 2.15). Классификация дефекта подтверждается анализом химического состава и макроструктуры. Ликвация – неоднородность отдельных участков металла по химическому составу и структуре. Ликвационный квадрат представляет собой контуры ликвации, определяемые конфигурацией слитка (рисунок 2.14). На темплете выглядит в виде полоски металла, травящейся более интенсивно, чем остальная часть макрошлифа. В прокате можно также наблюдать ликвационный круг.
Рисунок 2.12 – Волосовины Рисунок 2.13 – Включения шамота
Рисунок 2.14 – Ликвация Рисунок 2.15 – Расслоения Дефекты поверхности 1. Трещины от напряжений – угловые, поперечные, продольные – обусловлены, соответственно, искажением профиля, высокой скоростью разливки металла, высоким содержанием вредных примесей, неравномерным затвердеванием, трением слитка в кристаллизаторе и другими причинами, вызывающими высокие термические и фазовые напряжения. 2. Поры возникают из-за избыточной влажности, газовыделения формы или смазки кристаллизатора, недостаточной раскисленности стали. 3. Загрязнения на поверхности заготовки, вкатанные металлические и неметаллические частицы – скопления неметаллических включений в виде пристывших, прикатанных кусочков шлака, металла или инородных частиц (см. образец 8), попавших в металл вследствие размыва огнеупоров ковша, переполнения металла в калибрах. 4. Отслоения возникают на поверхности проката из-за наличия газовых пузырей, неметаллических включений, усадочной раковины и т. д. (см. образец 9). 5. Раскатанные дефекты – пузыри – имеют вид прямолинейных продольных групповых трещин на поверхности проката; продольные трещины подобны предыдущему дефекту, но более грубые, чаще одиночные (стенки покрыты окалиной и обезуглерожены); корочки выглядят в виде частичного местного отслоения металла или разрывов поверхности. 6. Рябизна – углубления от вдавленной окалины, образовавшиеся при ковке, прокатке или правке металла (см. образец 10). 7. Закат – прикатанный продольный выступ металла с одной или двух диаметрально противоположных сторон, образовавшийся в результате вдавливания уса, подреза (см. образец 11).
Дефекты формы 1. Раздутие (выпуклость) заготовки возникает из-за деформации корки заготовки под действием статического давления жидкого металла при недостаточном охлаждении в кристаллизаторе или при износе его гильз (см. образец 12). 2 Отклонения от формы – овал (вместо окружности), не квадратность (см. образец 12) и др. 3 Усы – продольные выступы на поверхности профилей проката, возникающие из-за неправильной калибровки, выработка калибра, низкой температуры деформируемого металла (см. образец 13). В сварных соединениях могут иметь место следующие дефекты: горячие трещины (см. образец 14), холодные трещины, зоны несплавления, непровары, (см. образец 15) подрезы, наплывы, прожоги и др. Контрольные вопросы 1. Дать определения основным видам дефектов. 2. Указать причины возникновения типовых дефектов. 3. Чем отличаются различные виды трещин? 4. Как влияют типовые дефекты на эксплуатационные свойства изделий? Задание по работе
1. Изучить сущность, возможности и методы макроанализа. 2. Изучить основные виды макродефектов заготовок, сварных соединений и готовых изделий. 3. Определить и описать вид излома предложенного образца. 4. Для выданного образца (выдаются по бригадам или индивидуально): – зарисовать дефект и определить его вид (дать описание); – установить причину возникновения дефекта (использовать материал курса «Технология конструкционных материалов» и данной инструкции); – дать рекомендации для устранения дефекта; – описать влияние дефекта на эксплуатационные характеристики металлоизделий.
Цель работы 1. Ознакомление с процессом приготовления микрошлифов. 2. Изучение устройства металлографического микроскопа и приобретение практических навыков работы на нем. 3. Проведение микроанализа сплавов. 4. Приобретение навыков зарисовки простейших микроструктур. Оборудование и инструмент: микроскоп металлографический ЛабоМет-1, видеокамера TOUPCAMTM, ПЭВМ ITEX TM MAXIMA, шлифовально-полировальная машина FORCIPOL IV с автоматической головкой FORCIMAT. Микроскопический метод исследования металлов и сплавов, или кратко микроанализ, изучает структуру (строение) металла при помощи микроскопа на специально приготовленных образцах. Строение металлов, изучаемое при микроанализе, называется микроструктурой. Для микроанализа изготавливают шлиф, производят травление поверхности шлифа специальными реактивами, исследуют структуру при помощи микроскопа. Образец металла, подготовленный для микроанализа, называют микрошлифом. Приготовление микрошлифа состоит в вырезании образца, шлифовке и полировке до зеркального блеска его поверхности. Вырезанный образец обрабатывается абразивным кругом с периодическим охлаждением. Затем образец устанавливается (в количестве от 1 до 6) в держатель автоматической головки FORCIMAT (рисунок 3.1) и шлифуется шлифовальной бумагой с постепенным переходом от бумаги марки № 12–3 с зернистостью от 125 до 20 мкм к бумаге марки М–40 – М–5 с зернистостью от 28 до 3, 5 мкм до полного удаления рисок.
Рисунок 3.1 – шлифовально-полировальная машина FORCIPOL IV с автоматической головкой FORCIMAT.
Время цикла, скорость вращения диска и направление вращения диска устанавливаются на передней панели шлифовальной машины. Шестипозиционный держатель образцов вращается электродвигателем с частотой 50-150 об/мин. Шлифовальный круг может изменять частоту вращения от 50 до 600 об/мин. Для шлифовки образцов кроме шлифовальной бумаги, можно применять специальные пасты. Паста ГОИ, в состав которой входят оксид хрома, стеарин, олеиновая кислота, сода, керосин, имеет три сорта зернистости (тонкая, средняя, грубая). После шлифовки образец тщательно очищается от абразива и полируется до полного исчезновения рисок. Предварительная полировка ведется на вращающихся кругах, обтянутых грубым сукном, на которое периодически наносится водная взвесь оксида хрома, алюминия или других оксидов в виде мелкодисперсных порошков. Окончательная полировка ведется на тонком мягком сукне (фетре), смачиваемом тонкой взвесью тех же оксидов. При исследовании поверхности металла под микроскопом непосредственно после полировки можно обнаружить на общем светлом поле отдельные темные или серые точки и линии, которые могут представлять собой как неметаллические включения (оксиды, сульфиды, шлаки, силикаты, графит, нитриды), так и не устраненные полировкой дефекты поверхности образца (раковины, микротрещины, следы обработки). Для выявления полной картины микроструктуры металла образец подвергают травлению, которое позволяет определить число, размеры, форму, взаимное расположение и количественное соотношение фаз и структурных составляющих. Перед травлением поверхность микрошлифа, подготовленного для исследования, обезжиривается спиртом, а затем погружается в реактив на необходимое для выявления микроструктуры время. Травление заключается во взаимодействии металла поверхности микрошлифа с химически активными растворами щелочей, солей, кислот в спирте или в воде. При травлении реактив взаимодействует с различными участками поверхности микрошлифа неодинаково, что приводит к разной степени их травимости. В результате после травления поверхность микрошлифа будет иметь сложный микрорельеф, характеризующий строение металла (рисунок 3.2).
1 – поверхность образца; 2 – поверхность микрошлифа; 3– поверхность микрошлифа после травления
Рисунок 3.2 – Поверхностный слой микрошлифа после травления Взаимодействие металла с реактивом обычно идет по следующей схеме. Так как структура поверхности микрошлифа неоднородна, то, следовательно, различные ее составляющие имеют различный электродный потенциал, и при погружении в реактив поверхность будет представлять собой целый комплекс микрогальванических элементов. Участки поверхности микрошлифа с более низким потенциалом играют роль анодов и будут растворяться. Более интенсивно протравливаются границы зерен металла, которые обычно больше обогащены различными примесями, а это способствует образованию микрогальванических элементов. В результате на границах зерен после травления образуются углубления. Например, железоуглеродистые сплавы травят в 4–5-процентном растворе азотной кислоты в этиловом спирте, при этом выявляются форма, размер и распределение фаз и структурных составляющих сплава (феррита, цементита, перлита). Для микроскопического исследования структуры металлов используются металлографические микроскопы, которые рассматривают предметы в отраженном свете и могут использоваться для исследования строения непрозрачных предметов (металлов, пластмасс, металлокерамики и т. д.).
Оптическая схема микроскопа
Лучи от источника света 1 (рисунок 3.3) проходят через коллектор 2, теплофильтр 3, осветительную линзу 4, диафрагму 5, отражаются от плоскопараллельной полупрозрачной пластины 6 и направляются через объектив 7 на объект исследования 8. Лучи, отраженные от поверхности объекта, снова проходят через объектив, который совместно с линзой 9 проецирует изображение объекта в фокальную плоскость окуляров 10. С помощью призмы 11 изменяется направление оптической оси микроскопа. Призменный блок 12 бинокулярной насадки разделяет пучок лучей и обеспечивает возможность бинокулярного наблюдения объекта. При наблюдении в поляризованном свете дополнительно используют анализатор 13 и поляризатор 14. Для повышения контрастности изображения применяют светофильтр 15. В состав микроскопа входят (рисунок 3.4): осветитель отраженного света 9, штатив с механизмами фокусировок 4, револьверное устройство 14, предметный столик 16, тринокулярная насадка 1 и блок питания осетителя. Грубая фокусировка (перемещение штатива по вертикали) производится вращением рукоятки 3, точная фокусировка – вращением рукоятки 5. Револьверное устройство обеспечивает установку в рабочее положение трех сменных объективов 15, имеющих увеличение 4, 10, 40. Предметный столик позволяет перемещать объект в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью рукояток 6. Объектив представляет собой систему линз, обращенных к рассматриваемому объекту. Он дает обратное увеличенное действительное изображение объекта.
Окуляр – это система линз, обращенных к глазу наблюдателя. Окуляры дают мнимое увеличенное изображение, полученное объективом. Общее увеличение, которое дают микроскопу совместно объектив и окуляр при визуальном наблюдении, определяется как
У = Уоб•Уок, где: увеличение объектива микроскопа (маркируется на объективе); увеличение окуляра (маркируется на окуляре).
Микроанализ позволяет проводить не только качественное исследование структуры металла. Он используется и для количественной оценки структурных составляющих, например, для измерения величины зерна, глубины слоя и т. д. При определении конкретных размеров используются объекты-микрометры и окуляры-микрометры. Объект-микрометр – стеклянная или металлическая пластинка, на которую нанесена шкала длиной в 1 мм с ценой деления 10 мкм (0, 01 мм). Окуляр-микрометр отличается от окуляра лишь наличием шкалы, имеющей 100 делений. Для определения цены деления окуляра-микрометра объект-микрометр устанавливается вместо шлифа на предметный столик, и шкалы обоих микрометров совмещаются. После совмещения некоторых участков шкал проводится вычисление цены деления окуляра по формуле
Цок = (Цоб•Тоб) / Аок, где Цоб – цена деления объект-микрометра, равная 0, 01 мм; Тоб – число делений объект-микрометра, совпавших с числом делений окуляра-микрометра Аок. Зная цену деления окуляра-микрометра, можно измерить интересующий микрообъект, помещая его на предметный столик. Например, средняя величина зерна dз исследуемого металла или сплава может быть вычислена следующим образом:
dз = (Цок•Nок) / nз, где Цок– цена деления окуляра-микрометра, мм; Nок – число делений окуляра, в границах которых подсчитывалось количество зерен; nз – среднее число зерен, уместившихся на отрезке длиной ЦокN при горизонтальном и вертикальном положениях шкалы окуляра-микрометра. Считая приближенно средний линейный размер зерна равным среднему диаметру зерна, площадь зерна определяется по формуле &nb |
Последнее изменение этой страницы: 2019-10-04; Просмотров: 48; Нарушение авторского права страницы
, 
.
