Последовательность работы на приборе МИМ-7

На предметный столик 8 (рис. 1, а) над прорезью помещают образец полированной поверхностью к объективу. Включают микроскоп в электросеть, устанавливают необходимый накал лампы освещения. Опустив рукоятку отпора, плавным вращением микровинта 14 поднимают или опускают предметный столик, обеспечивая приблизительное фокусирование. При этом непрерывно ведут наблюдение в окуляр. Приближение поверхности микрошлифа к фокальной плоскости характеризуется значительным ростом освещенности поля зрения и появлением изображения микроструктуры. Придерживая микровинт правой рукой, левой – стопорят его. Точное фокусирование проводят вращением микровинта 4. Перемещая предметный столик с помощью винтов 9 в горизонтальной плоскости и двух взаимно-перпендикулярных направлениях, можно изучить различные участки микрошлифа. Регулируя диафрагму и светофильтры, устанавливают интенсивность и контрастность света, которые обеспечивают необходимое качество изображения при наименьшей утомляемости глаза.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить устройство металлографического микроскопа МИМ-7.

2. Зарисовать оптическую схему хода лучей в микроскопе.

3. Ознакомиться с условиями правильной и безопасной эксплуатации микроскопа.

4. Записать параметры, обеспечивающие качественное изображение микроструктуры.

5. Описать последовательность работы на приборе МИМ-7.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Краткое описание основных систем микроскопа.

4. Эскиз оптической схемы хода лучей в микроскопе МИМ-7.

5. Определения и формулы параметров, обеспечивающих каче-

ственное изображение микроструктуры.

6. Описание последовательности работы на микроскопе.

7. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Предназначение и основные системы микроскопа МИМ-7.

2. Что собой представляет и для чего предназначен объектив и окуляр металлографического микроскопа?

3. Как определяется увеличение и разрешающая способность микроскопа? Как можно достичь их максимального значения?

4. Что такое максимальное полезное увеличение микроскопа?

5. Перечислить требования к безопасной эксплуатации микроскопа.

6. Последовательности работы на микроскопе МИМ-7?

Лабораторная работа 3

МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ

И СПЛАВОВ

Цель работы:ознакомиться с микроскопическим методом исследования металлических сплавов; получить практические навыки изготовления микрошлифа и протравливания его поверхности; ознакомиться с различными методами определения величины зерна металлов и сплавов.

Приборы и материалы:образцы для изготовления микрошлифов, шлифовальные шкурки различной зернистости, материалы для полирования, коллекция микрошлифов, металлографические микро-

скопы МИМ-7, химреактивы для травления.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Сущность микроскопического анализа (микроанализа)

Приготовление микрошлифов. В зависимости от задач исследования, выбирают место вырезки образца. Для выяснения причин разрушения деталей во время эксплуатации образцы вырезают вблизи места разрушения ножовкой, фрезой, резцом, алмазными, вулканитовыми кругами или электроискровым способом. При вырезании и последующем шлифовании образец необходимо охлаждать, т.к. значительный нагрев может вызвать структурные изменения металла.

Образцы имеют форму цилиндра или четырехгранника с линейными размерами 10...20мм. Когда размеры микрошлифов малы (проволока, тонкий лист, мелкие детали), их закрепляют в специальных зажимах (струбцинах) или заливают в оправках легкоплавкими материалами (сплав Byда, эпоксидные или акриловые смолы, сера, пластмассы).

Поверхность образца делают плоской, затем шлифуют вручную или на станках, последовательно и плавно переходя от грубозернистых к мелкозернистым наждачным шкуркам. Для сухого шлифования применяют шкурку по ГОСТ 6456-82, для мокрого – водостойкую бумажную шкурку (ГОСТ 10054-82). При шлифовании вручную шлифовальную бумагу кладут на ровную плоскую поверхность (например, стекло). После шлифования остатки абразива смывают водой с поверхности шлифа. Для удаления мелких рисок образец полируют.

Способы полирования основаны на механическом и (или) электрохимическом способе удаления материала.

Механическое полирование ведут на полировальном станке, диск которого обтянут тканью (фетр, бархат, тонкое сукно). На ткань наносят пасту ГОИ или периодически поливают ее суспензией, содержащей мелкие абразивные частицы (окиси алюминия, хрома, железа и т.д.). Хорошим полирующим материалом являются алмазные пасты, содержащие алмазные микропорошки типа АСМ. Пасту наносят на бумажный лист, закрепленный на вращающемся диске или на ткань.

Электрохимическое полирование основано на анодном растворении выступов шлифованной поверхности в гальванической ванне. Образец (анод) и в большинстве случаев аустенитную коррозионно-стойкую сталь (катод) опускают в ванну с электролитом. При пропускании тока выступы шлифованной поверхности растворяются.

Когда поверхность приобретает зеркальный блеск, полирование прекращают. На качественно отполированном микрошлифе при наблюдении под микроскопом отсутствуют риски, царапины, вырывы. Микрошлиф промывают водой или спиртом, просушивают сжатым воздухом или фильтровальной бумагой. После полировки микроструктура не видна. Исключением являются сплавы, структурные составляющие которых сильно различаются по составу и твердости, в результате одни участки шлифа сполировываются больше, другие меньше, и на поверхности образуется рельеф.

При изучении на металлографическом микроскопе нетравленого шлифа можно определить качество его изготовления (отсутствие следов обработки), установить характер расположения и размеры микротрещин, обнаружить небольшие разноцветные участки; неметаллические включения в металлической основе – графита, сульфидов, оксидов, силикатов, которые ухудшают механические свойства сплавов. Металлическая основа под микроскопом имеет светлый вид (рис. 1).

Выявленные при микроанализе размеры включений, их форму, содержание и характер распределения в стали оценивают по шкале баллов (ГОСТ 1778-70) и делают вывод о пригодности стали для изготовления тех или иных деталей.

В чугунах обнаруживаются выделения графита, представляющие собой черные включения больших размеров, пластинчатой, хлопьевидной или шаровидной формы. Чем больше дисперсность и изолированность графитных включений, чем совершеннее их геометрическая форма, тем выше механические свойства чугунов.

Рисунок 1 – Неметаллические включения в стали и в чугуне:

а) оксиды; б) сульфиды; в) графит

Химическое травление микрошлифовпроизводится для выявления структуры металлической основы. При этом поверхность микрошлифа подвергается действию реактивов – растворов солей, кислот, щелочей (табл. 1). Продолжительность травления – от нескольких секунд до нескольких минут. Признак протравливания – потускнение поверхности. Затем шлиф промывают водой, протирают ватой, смоченной спиртом, просушивают. Если структура шлифа выявлена нечетко, его травят дополнительно, если слишком затемнена – снова полируют и травят. В силу разной интенсивности взаимодействия реактива с различными фазами создается микрорельеф поверхности, представляющий собой сочетание света и тени. Наиболее протравившиеся фазы и граничные зоны при рассмотрении под микроскопом выглядят темными, т.к., чем сильнее растравлена поверхность, тем больше она рассеивает свет и меньше света отражает в объектив. Менее протравившиеся зоны, наоборот, выглядят светлыми (рис. 2).

а) б)

Рисунок 2 – Выявление микроструктуры сплава:

а) – однофазного; б) – двухфазного (перлит)

В однофазном сплаве границы между зернами растравливаются сильнее, чем тело зерна, и под микроскопом видны канавки в виде темной сетки. Разные зерна одной фазы попадают в сечение шлифа различными кристаллографическими плоскостями, которые травятся по-разному. Поэтому зерна одной фазы могут иметь различные оттенки (рис. 2, а). В многофазном сплаве различные фазы и структурные составляющие травятся по-разному. Смесь фаз подвергается не только простому химическому действию реактивов, но и электрохимическому травлению, т.к. смесь фаз является совокупностью микрогальванических элементов. Растворяются частицы, являющиеся микроанодами по отношению к др. частицам – микрокатодам (рис. 2, б).

Таблица 1 – Виды и назначение реактивов для травления