Исследование строения конструкционных материалов микроструктурным методом.

Теоретическая часть и описание экспериментальной установки.

Микроструктурой называется строение металла или сплава, наблюдаемое при значительном (до 2000 раз) увеличении с помощью оптических микроскопов. Микроструктурный анализ проводится с целью изучения микроструктуры и выявления микродефектов конструкционных материалов. Микроструктура исследуется при изучении поверхности микрошлифов.

Микрошлифом называется специальный образец, вырезанный в определенном месте изделия, после заточки на абразивном круге для получения плоской поверхности; шлифования на наждачной шкурке с зернами абразива различных размеров (от более крупного абразива зерна к более мелкому); полирования на суконных или фетровых кругах с применением полированных жидкостей до полного исчезновения рисок и получения зеркальной поверхности; травления – воздействия растворов кислот, щелочей, солей. Подготовленный для исследования микроструктуры микрошлиф использует для изучения с помощью металлографических микроскопов. Общий вид вертикального металлографического микроскопа показан на рисунке 10.

Механическая система микроскопа обеспечивает перемещение предметного столика в двух взаимноперпендикулярных горизонтальных направлениях с помощью винтов 12, что позволяет исследовать микроструктуру различных участков микрошлифа, установленного на предметном столике так, чтобы оптическая ось объектива была перпендикулярна к подготовленной для изучения поверхности шлифа. Для получения более четкого изображения микрошлифа в штативе 3 микроскопа имеются макрометрический 6 и микрометрический 9 винты, вращением которых осуществляется грубая и тонкая наводка на фокус в результате перемещения предметного столика 7 в вертикальном направлении. Чем больше увеличение объектива, тем меньше должно быть расстояние между микрошлифом и объективом.

Рисунок 10. Общий вид металлографического вертикального микроскопа: 1 – нижний корпус; 2 – основание; 3 – штатив микроскопа; 4 – иллюминаторный тубус; 5 – визуальный тубус; 6 – окуляр; 7 – предметный столик; 8 – механизм глубокой наводки на фокус; 9 – механизм тонкой наводки на фокус; 10 – осветительное устройство; 11 – кронштейн; 12 – винты перемещения предметного столика.

Оптическая схема хода лучей в микроскопе показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Схема отражения лучей от полированной и протравленной поверхности микрошлифа

Изучение микроструктуры необходимо начинать с исследования нетравленого микрошлифа, т.е. после полирования, промывки и высушивания. Микрошлиф в поле зрения микроскопа имеет вид светлого круга, на котором видны темные участки небольших размеров неметаллических включений. Неметаллические включения могут попасть в материал из исходных шихтовых материалов, во время плавки в результате процессов окисления примесей (например, кремния, марганца), содержащихся в выплавляемом металле, в процессе раскисления стали, при десульфурации и т.д. При изучении микроструктуры нетравленого микрошлифа можно выявить микропоры, которые представляют углубления в шлифе и обнаруживаются также в виде темных участков. Для того чтобы отличить поры от неметаллических включений, микрометрическим винтом шлиф слегка выводят из фокуса и снова наводят на фокус, при этом края микропор вследствие, различной глубины и формы в отличие от неметаллических включений будут то сходиться, то расходиться.

Изучение микроструктуры травленого микрошлифа позволит определить форму и величину зерен, фазовый состав сплавов вследствие различной травимости пограничных участков зерен и отдельных фаз химически активными средами (растворами кислот, солей и щелочей). В результате неодинаковой интенсивности растворения создается микрорельеф поверхности микрошлифа, при освещении которого световым потоком, направленным через объектив на микрошлиф, возникает значительное рассеяние лучей от углублений на месте границ зерен и фаз повышенной травимости (рис. 10). Отраженные световые лучи не попадают в поле зрения, поэтому эти углубления проявляются при изучении микрошлифа под микроскопом в виде темных линий и участков.

Для определения величины зерна существует метод случайных секущих и метод визуальной оценки. В производственных условиях применяют метод визуальной оценки величины зерна в стали. Стандартные номера зерен 1 – 10 определяются сравнением видимых зерен под микроскопом при 100-кратном увеличении со шкалой стандартных размеров зерна, рисунок 12.

Рисунок 12. Шкала размера зерен конструкционной стали (цифры 1 – 10 соответствуют балам зерна 3 – 12)

Номера зерен до 4 считаются крупными, а свыше 6 – мелкими. Если размер зерна исследуемого материала выходит за пределы номеров зерен 1 – 10 шкалы, пользуются другими увеличениями. Номер зерен -3, -2, -1, 0 при 25-кратном увеличении соответствует номерам 1, 2, 3, 4, соответственно, а номера 11, 12, 13, 14 при 400-кратном увеличении – номерам 7, 8, 9, 10.

Вывод: Микроструктурный анализ проводится с целью изучения микроструктуры и выявления микродефектов конструкционных материалов.

Порядок проведения лабораторной работы.

Используя подготовленные преподавателем шлифы, изучить под микроскопом их строение.

Применяя метод случайных секущих и метод визуальной оценки, определить величину зерна стали предложенного образца.

Вопросы для подготовки и защиты лабораторной работы.

1. Какие дефекты можно обнаружить на макрошлифе?

2. Какие дефекты можно обнаружить на микрошлифе?

3. Чем отличаются свойства и строение спокойной и кипящей стали?

Список рекомендуемой литературы

Основная

1. Солнцев Ю.П., Жавнер В.Л., Воложаникова С.А., Торлач Р.В. Оборудование пищевых производств. Материаловедение. Санкт-Петербург, 2003 г. 510 с.

2. Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение-М.: Металлургия, 1998 г., с. 384.

3. Дальский А.М., Артюнова А.И. и др. Технология конструкционных материалов-М. Машиностроение, 1985, с. 448.

Дополнительная

4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.: Материаловедение, Машиностроение 1980 г. 493 с.

5. Материаловедение под редакцией Б.Н. Арзамасова, Машиностроение, 1986, 384

Науменко Александр Мильевич

Зуева Юлия Викторовна

Дата добавления: 2015-07-25