Что можно выявить на нетравленом отполированном шлифе

Анализ нетравленых микрошлифов в световом микроскопе

Применяемые в настоящее время световые микроскопы позволяют наблюдать и фотографи-

ровать структуру при увеличении до 2000 раз.

Оптическая схема типичного металлографического микроскопа приведена на рис. 4.8. Отполированный образец (5) освещается мощным световым пучком. Изображение поверхности через оптическую систему подается на окуляр для визуального наблюдения. При необходимости фиксации результатов используют адаптеры для крепления цифровой фотокамеры к окуляру или (если оно имеется) к специальному гнезду (на рис. 4.8 сверху).

Принцип получения изображения на полированном шлифе основан на следующем. Гладкий шлиф без дефектов и загрязнений выглядит как светящееся пятно, так как весь свет попадает в объектив. Появление механического дефекта, например риски, приводит к появлению темной прямой линии на изображении (например, рис.4.7а, 4.15, 4.24), так как наклонные поверхности риски отражают свет под другим углом и он не весь попадает в объектив. Трещина свет не отражает и мы ее видим как темную полосу со сложным профилем границы (Рис. 4.9, 4.13, 4.14). Вмятина после измерения микротвердости выглядит в виде ромба (Рис.4.23).

Трещина, заполненная окалиной, имеет серый цвет, так как окислы – это неметалл и не обладает металлическим блеском (пример: рис. 4.9, 4.10). На рис. 4.10, 4.25, 4.26 виден слой внутреннего окисления в виде множества серых округлых включений. Окалина – хрупкая и может выкрашиваться; на этом месте появляются темные пятна, не отражающие свет (Рис. 4.9, 4.13). Неметаллические включения в виде твердых хрупких силикатов также выкрашиваются (Рис. 4.15). Пластичные сульфиды имеют оптические свойства, отличающиеся от окислов; они видны в виде вытянутых включений серо-зеленого цвета (Рис. 4.12, 4.19, 4.22). На рис.4.12. внизу виден округлый оксисульфид марганца. В нем хорошо различимы окисная (темно-серая) и сульфидная (серо-зеленая) составляющая. Карбиды и карбонитриды имеют высокую твердость и металлические свойства, поэтому они хорошо отражают свет и видны в виде ограненных включений оранжевого или оранжево-розового цвета (Рис.4.11, 4.16). Медь на шлифе имеет яркий оранжевый цвет (Рис.4.17). Окислы меди по цвету отличаются от окислов железа и имеют коричневый цвет. Твердые инородные слои металлической природы на стальной основе выглядят в виде светлых участков с хорошо выявляющимися границами. Так на рис.4.21 видна твердая оплавленная прослойка, а на рис.4.23 и 4.24 отчетливо просматривается нитридный поверхностный слой после азотирования. Окисные слои (Рис.4.25) и шлаковые включения (Рис.4.26) в стали имеют сложную природу и серо-темные участки.

Характеристика видов неметаллических включений, подлежащих оценке по методу Ш ГОСТ 1778, приведена в приложении 2 к ГОСТа. Из включений, фотографии которых приведены в приложении 4.1 данной работы, по шкалам можно оценить: сульфиды «С» (Рис. 4.12, 4.19, 4.22); оскиды строчечные «НС» (Рис.4.18); силикаты хрупкие «СХ» (Рис.4.13, 4.15); нитриды строчечные «НС» (Рис.4.11). Запись результатов оценки содержания неметаллических включений осуществляют в соответствии с приложением 3 ГОСТ 1778.

Характер распределения неметаллических включений очень сильно зависит от направления деформирования металла, а поэтому и от характера вырезки образцов. Сравнение в соответствии с ГОСТ 1778 проводится на микрошлифах, вырезанных в продольном направлении. Отбор образцов и характер их вырезки регламентируется разделом 2 ГОСТа.

Исследование микроструктуры на нетравленых микрошлифах

Микроструктурным анализом на нетравленых микрошлифах можно определить: наличие дефектов, окисленных слоев, количество, форму, размеры и распределение присутствующих в стали неметаллических включений, крупных карбидов и нитридов. Примеры выявляемых микроструктур и дефектов приведены в приложении 4.1.

По результатам анализа нетравленых микрошлифов судят о качестве металла, наличии в нем дефектов, толщине поверхностных покрытий, наличии и типе неметаллических включений, а также уровне загрязненности материалов неметаллическими включениями.

ОАО «ЛОМО» разработало цифровой микроскоп «Микровизор» со встроенным программным комплексом, позволяющем фиксировать и обрабатывать изображение и осуществлять сравнение микроструктур со шкалами ГОСТов, хранящихся в памяти. Металлографический вариант прибора используется при проведении НИР и лабораторных работ кафедры «Машиностроение и прикладная механика» ВИТИ НИЯУ МИФИ. Этот микроскоп используется и в данной лабораторной работе.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с методами анализа микроструктуры, принципами формирования

изображений от нетравленого микрошлифа в световом микроскопе.

2. Изучить устройство и принцип действия металлографического микроскопа.

3. Изучить и освоить технику приготовления микрошлифов.

4. Просмотреть предложенную коллекцию нетравленых микрошлифов под микроскопом при разных увеличениях. Письменно охарактеризовать наличие и характер выявленных дефектов, фаз и неметаллических включений.

5. Ознакомиться с методами отбора образцов и оценки содержания неметаллических включений в сталях согласно ГОСТ 1778.

6. Оценить балл неметаллических включений в сталях по предложенным фотографиям согласно ГОСТ 1778 и указать метод его оценки.

7. Составить отчет по работе.

Содержание отчета

При составлении отчета необходимо четко указать задачи анализа микроструктуры на нетравленых микрошлифах; изложить методику приготовления микрошлифов и применяемое для этой цели оборудование и расходные материалы; описать устройство и принцип действия светового микроскопа, характер выявления различных дефектов и неметаллических включений при наблюдении; описать выявленные дефекты, структурные составляющие и неметаллические включения на микрошлифах. Описать метод оценки и привести данные по проведенной оценке балла неметаллических включений по ГОСТ 1778.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается анализ микроструктуры?

2. С помощью каких приборов осуществляют микроструктурное исследование?

3. Какие основные элементы включает оптическая схема светового микроскопа?

4. Для чего применяется окуляр-микрометр?

5. Какое увеличение дают оптические световые микроскопы?

6. Объясните, что такое микрошлиф.

7. Какие операции входят в понятие «приготовление микрошлифов»?

8. Какое оборудование применяют для приготовления микрошлифов?

9. Как обеспечивают получение плоской поверхности, необходимой для исследования

10. Как удаляют искаженный слой после операций шлифования и полирования?

11. От чего зависит различие отражения света металлов и неметаллов, различных

металлов и структурных составляющих, неметаллических включений?

12. Что можно видеть под микроскопом на полированном микрошлифе?

13. Как выглядят трещины на полированном микрошлифе?

14. Как выглядит слой внутреннего окисления вблизи поверхностей трещин?

15. Как выглядит окалина на микрошлифе?

16. Как отличить деформированные неметаллические включения от

17. Что такое строчечность неметаллических включений и от чего она зависит?

18. В чем заключается оценка балла неметаллических включений по ГОСТ 1778?

19. Как меняется размер включений при увеличении их балла по ГОСТ 1778?

Список использованной литературы

1. ГОСТ 1778-70. Металлографические методы определения неметаллических

включений. М. Изд. Стандартов. 1990.32с.

2. Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные

работы и задачи. М. Металлургия. 1989. 456с.

3. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей.

Справочник под. ред. В.Д. Кальнера. М. Машиностроение. 1984. 384с.

4. А.И. Самохоцкий, М.Н. Кунявский. Лабораторные работы по металловедению и

термической обработке металлов. М. Машиностроение. 1981. 174с.

5. Р.Н. Худокормова, Ф.И. Пантелеенко. Материаловедение. Лабораторный практикум.

Минск. Выш. шк. 1988. 224с.

6. В.И. Явойский и др. Неметаллические включения и свойства стали. М. Металлургия.

7. В.А. Батаев и др. Методы структурного анализа материалов и контроля качества

деталей. Новосибирск. Изд. НГТУ. 2006. 220с.

Источник

Лабораторная работа по дисциплине «Материаловедение» для ВГУИТ

Лабораторная работа № 1

Макроскопический и микроскопический анализ металлов и сплавов

Цель работы: ознакомление с макроскопическим и микроскопическим анализом; изучение характерных макро- и микроструктур металлов и сплавов.

Оборудование, приспособления, инструмент, материалы: металлографический микроскоп, микрошлифы, специальные травители.

Теоретические сведения

Макроструктурой называется строение металла, видимое без увеличения или при небольшом увеличении до 10…30 раз с помощью лупы.

Макроструктура исследуется непосредственно на поверхности изделия, на изломе или на специально подготовленном образце (темплете), который называется макрошлифом. Получают макрошлиф после шлифования и последующего травления поверхности специальными реактивами.

Макроанализ применяется для выявления дендритного строения литых деталей, газовых пузырей, пустот, трещин, шлаковых включений, структурной неоднородности, качества сварных соединений, ликвации серы и фосфора, расположения волокон в поковках, штамповках и т.д.

Порядок приготовления макрошлифов.

Методы травления.

Выявление ликвации серы. Для выявления в стали ликвации серы применяют метод Баумана. Макрошлиф протирают ватой, смоченной в спирте. На поверхность макрошлифа накладывают лист фотобумаги, вымоченной в течение 5…10 мин в водном растворе с массовой долей серной кислоты 5 %, проглаживают резиновым валиком для удаления излишков раствора и пузырьков газа, выдерживают 2-3 мин и осторожно снимают.

Отпечаток промывают в воде, фиксируют в растворе с массовой долей гипосульфита 25 %, снова промывают и высушивают. Коричневые пятна на фотобумаге соответствуют участкам поверхности шлифа, обогащенным серой. Фотобумага окрашивается в результате взаимодействии серной кислоты и MnS:

Сероводород действует на бромистое серебро эмульсионного слоя и при этом образуется сернистое серебро, имеющее темно-коричневый цвет:

Выявление ликвации фосфора. Поверхность образца протирают ватой, смоченной спиртом; образец погружают на 1…2 мин в раствор состава: 85 г хлористой меди, 53 г хлористого аммония в 1000 см 3 воды. В результате обменной реакции железа с раствором на поверхности образца осаждается слой меди. Образец вынимают из реактива, протирают ватой под струей воды для удаления слоя меди и просушивают.

Более темные участки на поверхности макрошлифа обогащены фосфором. На светлых участках содержание фосфора меньше.

Выявление строения литой стали. Дендритное строение литой стали выявляют травлением в водном растворе с массовой долей персульфата аммония 15 %, предварительно подогретом
до 80…90 ºС. Образец погружают в горячий раствор на 10…15 мин, затем промывают водой и просушивают.

Выявление волокнистого строения стали. Применяют реактив и методику для выявления ликвации фосфора, описанные выше.

Выявление структуры сварного шва на углеродистых сталях. Применяют спиртовой раствор с массовой долей азотной кислоты 4 %. Макрошлиф травят, протирая ватным тампоном, смоченным в реактиве, или погружая в реактив с последующей промывкой в воде и сушкой. Продолжительность травления
до тридцати минут.

Выявление ликвации углерода или глубины закаленного слоя. Применяют реактив Гейне, содержащий 35 г CuCl₂ и 53 г NH₄Cl
в 1000 см 3 воды. Образец погружают в реактив. В результате обменной реакции поверхность покрывается слоем меди. На участках обогащенных углеродом, закаленных или имеющих дефекты (поры, раковины, трещины и т.п.), медь выделяется менее интенсивно и не защищает поверхность от травления хлористым аммонием. Эти участки окрашиваются в темный цвет. Таким реактивом можно выявлять также структуру сварного шва и зоны термического воздействия.

Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла. Для выявления дефектов на изделиях из углеродистых и низколегированных сталей нужен реактив, состоящий из 4…10 см 3 азотной кислоты и 90…96 см 3 воды. Травитель применяют в холодном состоянии. Продолжительность травления до 30 мин. Макрошлиф погружают в раствор или протирают его поверхность ватным тампоном, смоченном в реактиве, промывают и сушат. Для более контрастного выявления структуры полезна тонкая шлифовка или полировка.

Микроанализ – это исследование металлов и сплавов при помощи оптических микроскопов с увеличением от 50…2000 раз. Строение металлов, выявленное с помощью микроскопа, носит название микроструктуры. Изучение микроструктуры позволяет обнаружить пороки строения, изменение внутреннего строения металла и сплава при механическом, термическом и других видах воздействия. Для выявления микроструктуры металлов готовят специальные образцы, называемые микрошлифами.

Порядок приготовления микрошлифов.

Различные структурные составляющие, подвергшиеся воздействию реактива в неодинаковой степени, по-разному отражают свет. Структура, травящаяся сильнее, кажется под микроскопом более темной, так как рассеивает свет сильнее, чем слабо травящаяся. Границы зерен чистых металлов и твердых растворов выглядят под микроскопом в виде тонкой сетки, поскольку на них сосредоточены многочисленные дефекты кристаллической решетки и здесь атомы металла легко переходят в раствор.

Правила обращения с микрошлифами.

Для предотвращения преждевременной порчи микрошлифов необходимо соблюдать следующие правила:

Для изучения структуры металлов и сплавов применяется металлографический микроскоп модели МИМ-7 (рис. 1). На основании 1 установлен корпус 2, в котором находится фотокамера 3 с матовым стеклом 4. Предметный столик 7, управляемый рукоятками 8, предназначен для установки на нем исследуемого микрошлифа. Рукоятка 9 служит для вертикального перемещения стола при грубой наводке на резкость, а микрометрический винт 5 – для точной наводки. В тубусе 6 устанавливается сменный окуляр. Внутри корпуса осветителя 10 находится низковольтная лампа накаливания. Рукоятка 11 служит для переключения светофильтров.

Оптическая система микроскопа состоит из объектива, окуляра и ряда вспомогательных оптических элементов (рис. 2). Свет от кинопроекционной лампы 1 модели К30 (V = 17 В, W=170 Вт) проходит через коллектор 2, попадает на зеркало 3 и через светофильтр 4, апертурную диафрагму 5, линзу 8, полевую диафрагму 18, призму 7 и линзу 6 поступает на стеклянную пластинку 9, отражающую около половины светового потока, а затем через объектив 10 – на шлиф 11. Отразившись от шлифа, лучи вновь попадают в объектив, проходят через пластинку 9, ахроматическую линзу 12 и, отразившись от зеркала 14, поступают в окуляр 13.

При фотографировании зеркало 14 выдвигается вместе с тубусом визуального наблюдения, и лучи проходят через один из трех фотоокуляров 15, которые укреплены на поворачивающемся диске. Отражаясь от зеркала 16, лучи попадают на матовое стекло или фотопластинку 17. Для фотографирования используют фотозатвор 19.

Если наблюдения проводят в темном поле, то вместо
линзы 6 в световой поток включают линзу 20 и непрозрачный диск 23. В этом случае свет попадает только на кольцевое зеркало 21 и, отразившись от него, концентрируется параболическим зеркалом 22, расположенным вокруг объектива, на поверхности шлифа.

Для исследования в поляризованном свете на оправку линзы 8 помещают поляризатор 24, а на оправку линзы 12 – анализатор 25.

Общее увеличение микроскопа определяется комбинацией сменных объективов и окуляров, установленных на микроскопе (таблица).

Увеличения микроскопа МИМ-7

Правила обращения с микроскопом.

Правила техники безопасности

Порядок выполнения работы

Содержание отчета

ных, заэвтектоидных, эвтектических) микроструктур сталей, чугунов, алюминиевых и медных сплавов.

Контрольные вопросы

Источник

Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями гос впо подготовки инженеров по специальностям 260601 «Машины и аппараты пищевых производств»

zadocs.ru > Право > Учебное пособие

Правила обращения с микроскопом

1. Микроскоп является точным прибором, требующим аккуратного и осторожного обращения.

2. Работая на микроскопе нельзя делать быстрых и резких движений при наводке объектива на фокус, при установке и перемене окуляров.

3. Если вращение макро- и микровинтов затруднено, то нельзя применять силу и стремиться во что бы то ни стало повернуть винт, так как это может повлечь за собой смятие резьбы, т. е. порчу микроскопа.

Рис. 2. Оптическая схема микроскопа МИМ-7

4. Нельзя трогать ответственные части микроскопа, кроме макро- и микрометрических винтов, винтов предметного столика и рукоятки светофильтров, так как микроскоп отрегулирован, и смещение частей приводит к трудновыполнимой работе по новой регулировке.

5. Совершенно недопустимо отвинчивать винты, разъе-динять детали микроскопа и т. п., так как это ведет к его порче.

6. Включение микроскопа производится посредством трансформатора, рукоятка которого поворачивается вправо
на 2…3 щелчка (напряжение на осветительной лампе не более
10…12 В).
^ Правила техники безопасности
1. Соблюдать правила безопасности при обращении с реактивами, использовать средства защиты рук и дыхания (резиновые перчатки, респиратор). Приготовление травителей производить в вытяжном шкафу.

Порядок выполнения работы
1. Изучить методику проведения микроскопического анализа.

2. Провести исследования микроструктур сталей, чугунов (доэвтектоидных, эвтектоидных, заэвтектоидных, эвтектических), алюминиевых и медных сплавов.

3. Зарисовать характерные микроструктуры.
Содержание отчета

ных, заэвтектоидных, эвтектических) микроструктур сталей, чугунов, алюминиевых и медных сплавов.

4. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Что называется микроструктурой?

2. Что представляет собой микрошлиф?

3. Что можно выявить на нетравленом отполированном шлифе?

4. С какой целью микрошлиф подвергают травлению?

5. Как подобрать травитель для микрошлифа?

6. Каковы признаки перетравливания шлифа?

7. Каковы признаки недотравливания шлифа?

8. Какие искажения структуры возможны при изготовлении микрошлифов?

9. В чем источник несоответствия между наблюдаемой картиной микроструктуры и истинной микроструктурой?
Лабораторная работа № 3
^

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы: ознакомление с методикой определения твердости по методу Роквелла и микротвердости на приборе ПМТ-3. Определение механических свойств стали по ее твердости и микротвердости.
^ Необходимое оборудование, приспособления, инструмент, материалы: твердомер типа ТК-2, микротвердомер ПМТ-3, образцы сплавов металлов в отожженном и закаленном состояниях.
^ Краткие теоретические сведения
Т
вердостью называется свойство материала оказывать сопротивление местной пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое. Измерение твердости вследствие быстроты и простоты осуществления, а также возможности без разрушения изделия суждения о его свойствах, получило широкое применение для контроля качества металлических изделий.

Существует несколько методов определения твердости.

Определение твердости по Бринеллю (HB). Метод основан на том, что в плоскую поверхность металла вдавливается под постоянной нагрузкой P закаленный стальной шарик (рис.3, а).

Диаметр шарика и нагрузка P выбираются в зависимости от вида испытуемого материала:

для стали и чугуна D = 10 мм, ^ Р = 30000 Н (Р = 300D 2 );

для меди и сплавов D = 10 мм, Р = 10000 Н (Р = 100D 2 );

для очень мягких сплавов (алюминий, баббиты и др.) D = 10 мм,
Р = 2500 Н (Р = 25D 2 )

При расчете твердости HB измеряют диаметр лунки d и по нему находят твердость по прилагаемым к прибору таблицам. Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов с твердостью более 450, так как шарик может деформироваться, что исказит результаты измерений.

h₀ – глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием нагрузки Р₀, мм.

Твердость по Роквеллу обозначается HRA при нагрузке 600 Н (испытание алмазным конусом). HRC при нагрузке 1500 Н и HRB при нагрузке 1000 Н (испытание стальным шариком). Значения твердости сразу считывают по шкале прибора.

Для определения твердости по Роквеллу широко применяется прибор ТК-2, так как он позволяет испытывать различные материалы, а также тонкие слои. Значения твердости по Роквеллу могут быть приближенно переведены в значения твердости по Бринеллю.

При испытании нагрузку и наконечник выбирают в зависимости от твердости испытываемого материала по табл. 1.
Таблица 1

При испытании неответственных деталей твердостью

HRC 20…50 допускается применение наконечника из твердого сплава.

Образец для испытаний должен иметь плоские и параллельные друг другу поверхности, без дефектов и окалины, поэтому сначала проводится зачистка поверхностей напильником, шлифовальным кругом или шлифовальной бумагой. Правильность показаний прибора периодически проверяют по эталонным образцам с известной твердостью.

Подготовленный образец помещают на столе прибора ^ 1 (рис. 4), вращением маховика 2 по часовой стрелке устанавливают маленькую стрелку против красной точки, а вращением барабана 3 – нуль шкалы “С” против конца большой стрелки индикатора. Плавным нажатием на клавишу 4 включают привод механизма нагружения. После окончания цикла нагружения производят отсчет по шкале индикатора. Вращением маховика 2 опускают стол, и повторяют испытание не менее трех раз.

Определение твердости при вдавливании алмазной пирамиды по Виккерсу (HV). Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Твердость определяют, вдавливая в испытуемую поверхность (шлифованную или полированную) четырехгранную алмазную пирамиду (рис. 3, в), с углом при вершине 136º.

Твердость по Виккерсу рассчитывают по формуле:

,

где Р – нагрузка на пирамиду 50, 100, 200, 300, 500, 1000 или 1200 Н (обозначения: НV₅, НV₁₀, НV₂₀ и т. д.);

d – среднее арифметическое двух диагоналей отпечатка, измеряемых после снятия нагрузки, мм.

Чем тоньше материал, тем меньше должна быть нагрузка. Твердость по Виккерсу определяется с помощью специальных таблиц по измеряемым значениям d в мм.
^ Правила техники безопасности
1. Все студенты, приступая к лабораторным работам, должны ознакомиться с правилами работы в лаборатории кафедры и расписаться в журнале по технике безопасности.

2. Работы проводятся только с разрешения преподавателя.

3. Все электроприборы должны быть заземлены.

4. Студенты обязаны осторожно обращаться с приборами и оборудованием.

5. По окончании работы приборы должны быть отключены от сети.
Порядок выполнения работы
1. Изучить работу твердомера ТК-2М. Произвести замеры твердости образцов. Использовать таблицу 2.

σ_в = КHB, ( 1 )
где К – коэффициент, зависящий от материала. Для стали с твердостью 120 … 450 НВ К ≈ 0,34; для меди, латуни, бронзы отожженных К ≈ 0,55, наклепанных К ≈ 0,40; для алюминия и алюминиевых сплавов с твердостью 20 … 45 НВ К ≈ 0,35.
Таблица 2

Источник