3592 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРОК СПЛАВОВ И ВЕЛИЧИНЫ ЗЕРЕН МЕТОДАМИ МИКРОАНАЛИЗА

1.       Цель работы

Целью настоящей работы являются ознакомление с методами оптической микроскопии и определение марок сплавов и величины зерен методами микроанализа.

 

2.       Общие сведения

Микроскопический анализ заключается в исследовании структуры материала при больших увеличениях с помощью микроскопа. Наблюдаемая структура материала называется микроструктурой. В зависимости от требуемого увеличения для четкого наблюдения всех присутствующих фаз, их количества, формы и распределения, т.е. структуры в целом, в микроскопах используют:

– белый свет и обычные оптические системы, являющиеся комбинацией стеклянных линз и призм (оптическая микроскопия);

– электронные лучи или, точнее, поток электронов для создания оптических систем, для которых необходимо применять электромагнитные или электростатические линзы (электронная микроскопия).

Исследование структуры методом оптической микроскопии, предложенное П.П. Аносовым в 1931 г., широко используется для изучения строения металлов и для технического контроля их качества в промышленности. Это объясняется тем, что между структурой металла, видимой в оптическом микроскопе (при использовании белого света), и многими его свойствами существует достаточно определенная, хотя и качественная связь. Микроанализ позволяет во многих случаях объяснить причины изменения свойств сплавов в зависимости от изменения химического состава и условий обработки.

Применение белого света позволяет наблюдать структуру металла при общем увеличении от нескольких десятков до 2000-3000 раз. Однако полезное увеличение, определяемое условиями дифракции света, не может быть выше 1500 раз. При таком увеличении можно обнаружить раздельно элементы структуры размером не менее 0,2 мкм, что в большинстве случаев достаточно для определения размеров многих фаз, присутствующих в сплавах. Это позволяет успешно применять метод оптической микроскопии для наблюдения структуры многих металлических сплавов.

Выбор увеличения в пределах, допускаемых оптическим микроскопом, решается в зависимости от конкретной структуры сплава. В одних случаях нет необходимости (и даже нецелесообразно) применять большие увеличения, для других сплавов изучение структуры при большом увеличении является необходимым.

Как правило, микроанализ проводят сначала при небольшом увеличении, а затем, в зависимости от строения обнаруживаемой структуры и целей исследования, при больших увеличениях, просматривая в каждом случае ряд участков шлифа.


3.       Определение марки сплава

Для определения марки сплава необходимо из этого сплава изготовить микрошлиф и просмотреть его микроструктуру в оптическом металлографическом микроскопе, а затем полученное изображение сравнить с фотографиями микроструктур при данном увеличении, находящимися в Атласе микро- и макроструктур металлов и сплавов [I]. При этом следует знать условия изготовления сплава или материала, его термическую и механическую обработку, так как это в сильной степени сказывается на структуре исследуемого сплава. Особое внимание при сравнении следует уделять фазовым и структурным составляющим, их взаимному расположению, величине зерна.

 

3.1. Микроструктура технического железа и углеродистых сталей в равновесном состоянии

Сплавы с содержанием до 0,02 % С называются техническим железом. Сплавы железа с углеродом до 2 % С называются сталями. Сплавы, содержащие углерода более 2 %, называются чугунами.

При комнатной температуре углеродистая сталь находится в равновесном состоянии (т.е. все фазы превращений полностью закончились) и состоит из двух фаз: феррита и перлита.

Ферритом называется твердый раствор внедрения углерода в a-железо. Предельное содержание углерода в феррите около 0,006 % при комнатной температуре. В связи с этим сплавы железа с содержанием до 0,006 % углерода имеют структуру только твердого раствора углерода в a-железе, т.е. феррита. Ввиду малого содержания углерода в феррите он отличается небольшой твердостью (НВ=80¸100) и значительной пластичностью (d=50 %, y=80 %); ниже 768° С феррит ферромагнитен, а выше — теряет свои магнитные свойства. После травления 4%-ным раствором азотной кислоты феррит остается светлым. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических зерен (рис. 1).

В сплавах с содержанием от 0,006 до 0,02 % С в связи с понижением растворимости углерода в a-железе при понижении температуры из феррита выделяется цементит, называемый третичным. Он выделяется по границам зерен феррита (рис. 2).

 

Цементит Fe3C представляет собой химическое соединение углерода с железом. Содержание углерода в цементите составляет 6,67 %. Цементит отличается высокой твердостью (НВ=700¸800) и значительной хрупкостью. После травления раствором азотной кислоты он остается светлым.

В зависимости от содержания углерода углеродистые стали разделяются на три группы: доэвтектоидная, содержащая углерода менее 0,8 %, эвтектоидная, содержащая углерода 0,8 %, и заэвтектоидная с содержанием углерода от 0,8 до 2 %.

Эвтектоидная углеродистая сталь называется перлитом и представляет собой равномерно распределенную механическую смесь феррита и цементита. Структура перлита состоит из мелких включений цементита, расположенных в феррите (рисунок 3).

Включения цементита в перлите могут иметь пластинчатую или зернистую форму. Твердость перлита находится в пределах НВ=160¸200. После травления 4 %-ной азотной кислотой в спирте на шлифе получается микрорельеф. Это объясняется тем, что феррит с меньшим электрохимическим потенциалом, чем цементит, более интенсивно растворяется в кислоте. Кроме того, интенсивно растравливаются границы между цементитом и ферритом. Поэтому падающий в микроскопе на микрошлиф свет будет давать тени от выступов (цементитных пластин) на углубленные (феррит) места. В зависимости от скорости охлаждения пластины цементита в перлите могут быть длиннее или короче и толще или тоньше.


В доэвтектоидной стали после травления феррит выявляется в виде светлых полей, а перлит — в виде полей полосчатого строения (рис. 4).

Количество перлита и феррита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличивается (рис. 5).

По микроструктуре доэвтектоидной стали можно приблизительно определить содержание в ней углерода, для  чего нужно ориентировочно определить площадь (в процентах), занимаемую ферритом и перлитом.

Сталь с содержанием углерода от 0,8 до 2,14 % называют заэвтектоидной. Она имеет структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита. При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется в виде сетки по границам зерен аустенита (рис. 6). Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в Feg – состоит из светлых зерен с характерными двойниками. Чем больше углерода в этой стали, тем более массивной (толстой) получается цементитная сетка.

 

3.2. Микроструктура конструкционных сталей

К низкоуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода до 0,25 % – стали 10, 15, 20, а также легированные, например, 15Г, 20Х, 18ХГТ, 20Х2Н4А и др. Микроструктура некоторых из этих сталей приведена на рисунке 7.

 

К среднеуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода от 0,25 до 0,6 % – стали  35, 40, 45, 50, а также легированные, например 40Х, 40ХГ, 40ХГР, 30ХГСА, 45ХН, 40ХНМА и др. Наиболее распространенной среди них является сталь 45 (0,42-0,50 % С), микроструктуры которой после различных видов термической обработки приведены далее (рис.8, 9, 10).

 

 

4.       Микроструктура инструментальных сталей

Заэвтектоидные углеродистые стали от У9 до У13 и легированные, например Х, ХВГ, 9ХС и др., в отожженном состоянии имеют структуру зернистого перлита, а после закалки в воде (углеродистых сталей) и в масле (легированных сталей) – мартенсит + карбиды (рис. 11).

Наиболее распространенными и характерными инструментальными сталями являются быстрорежущие стали, например Р18, Р6М5 и др. В литом состоянии структура быстрорежущей стали состоит из ледебуритной эвтектики, имеющей «скелетообразный» вид (рис. 12), и продуктов распада аустенита. Наличие в литой быстрорежущей стали ледебуритной эвтектики придает стали хрупкость. Для разрушения ледебуритной эвтектики литую быстрорежущую сталь подвергают обработке давлением (прокатке, ковке) и отжигу. Ковка изменяет строение быстрорежущей стали, так как эвтектика разбивается на отдельные обособленные карбиды.

Микроструктура кованой и отожженной быстрорежущей стали состоит из крупных первичных карбидов, более мелких вторичных карбидов и сорбитообразного перлита, представляющего собой феррит и мелкие эвтектоидные карбиды и занимающего основное поле шлифа (рис. 12).

В прокатанной или плохо прокованной быстрорежущей стали карбиды располагаются неравномерно в виде скоплений и полос (карбидная неоднородность).

Микроструктура стали Р18, закаленной с оптимальной температурой, состоит из мартенсита, карбидов и остаточного аустенита. Однако травлением выявляются главным образом границы бывших зерен аустенита и очень плохо обнаруживается основная структурная составляющая—мартенсит. Поэтому по внешнему виду структура закаленной быстрорежущей стали кажется состоящей только из аустенита и карбидов (рис. 13).Микроструктура стали Р18, закаленной от температуры ниже оптимальной (недогрев), характеризуется более мелкими зернами аустенита, но большим количеством не растворившихся карбидов.

 

Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной с температуры, выше оптимальной (перегрев), характеризуется значительным ростом зерна, образованием сетки карбидов,  а иногда даже и появлением ледебуритной эвтектики.

Микроструктура закаленной быстрорежущей стали Р18 после трехкратного отпуска при 550 – 570°С состоит из мартенсита и карбидов (рис. 14).

 

5.       Определение величины зерна

Для сплава с мелкими зернами характерны более высокие механические свойства: прочность, пластичность и вязкость. Поскольку размеры зерна зависят от состава и технологического процесса изготовления сплава (условий выплавки, разливки, обработки давлением, термической обработки) и могут быть неодинаковыми в различных плавках одного и того же состава, то во многих случаях необходимо экспериментальное определение их размеров.

Величина действительного зерна, т.е. зерна, которое имеет сплав в условиях эксплуатации и которое образуется при принятой обработке, определяется на микрошлифах травлением.

Для определения размера зерна сравнивают наблюдаемую микроструктуру при увеличении в 100 раз со стандартными шкалами, приведенными в таблицах, или подсчитывают число зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, или, наконец, вычисляют средний условный диаметр зерна или количество зерен в 1 мм3 металла. Число зерен подсчитывают на матовом стекле микроскопа или по микрофотографии  в пределах площади на шлифе 0,5 мм2. Общее число зерен подсчитывается по формуле  m100 = m + 0,5m1, где m – число зерен внутри круга, m1 – число зерен, пересекающих окружность. Число зерен, приходящееся на 1 мм2 поверхности шлифа, равно M = 2m100. При увеличении, отличном от 100, M = 2(g/100)2mg, где g – применяемое увеличение, а mg – количество зерен, подсчитанное при этом увеличении. Для повышения точности вычислений определяют среднее число зерен Mср, подсчитанное для трех характерных участков шлифа.

Среднюю площадь зерен Sср и диаметр зерен dср вычисляют по формулам:

 

Для количественной характеристики структуры и, в частности, размеров зерен применяют статистические методы и строят кривые распределения или гистограммы. С помощью окуляр-микрометра определяют число зерен, размер которых находится в пределах определенного числа делений окуляр-микрометра (например, от 0,5 до 1,5 и 1,5 до 2,5; от 2,5 до 3,5 и т. д.); по этим данным строят гистограммы. Если кривая имеет ряд минимумов и максимумов, то проводят сглаживание кривой, подсчитывая число зерен в более крупных интервалах размеров, т.е. увеличивают интервалы группировки.

На основании кривой распределения подсчитывают средний диаметр зерна:

 

где m – частота группы (т.е. число зерен, приходящееся на определенный интервал шкалы окуляр-микрометра); x – диаметр в делениях шкалы (т.е. определенный интервал шкалы); k – средняя цена деления шкалы, мкм.

Средняя площадь зерна (Fср) может быть вычислена исходя из формулы определения Dср, если принять, что зерно имеет форму шара x=pD2/4:

 

Отсюда число зерен N, приходящееся на 1 мм2, определяют по формуле: N=1/Fср.

 

6.       Приготовление микрошлифов

Изучение в микроскопе структуры металлов, а также непрозрачных неметаллических материалов возможно лишь при достаточном отражении световых лучей от исследуемой поверхности. Поэтому поверхность образца должна быть специально подготовлена. Образец, поверхность которого специально подготовлена для микроанализа, называется микрошлифом. Форма и размеры образца приведены на рис.15. Для изготовления микрошлифа необходимо вырезать образец из исследуемого металла и получить на нем плоскую блестящую поверхность.

Детали или образцы небольших размеров и массы после получения поверхности можно непосредственно установить на столике микроскопа. Если размеры или масса детали (образца) значительны или если трудно получить на детали плоскую поверхность вследствие сложной конфигурации, необходимо вырезать специальный образец небольших размеров и приготовить из него микрошлиф.

Особое значение для результатов исследования имеет выбор места, из которого надо вырезать образец, и выбор той поверхности, по которой надо приготовить микрошлиф. Этот выбор зависит от цели исследования и формы детали; поэтому здесь можно привести лишь общие указания.

Микроструктуру литых материалов и сплавов проверяют в различных сечениях отливки – от самых больших до минимальных; металл в этих сечениях охлаждается с разной скоростью, а структура многих литейных сплавов зависит от скорости охлаждения.

При исследовании влияния пластической деформации на структуру металла место вырезки образца лучше определить после выполнения макроанализа и выявления направления пластической деформации и наиболее характерных участков данной детали.

Структуру сплавов, подвергающихся термической обработке, проверяют в поверхностных, а также в более глубоких слоях детали. При оценке свойств сплавов, находящихся в неравновесном состоянии, необходимо наряду с микроанализом использовать также и другие методы исследования (прежде всего измерение твердости), которые можно выполнить на том же микрошлифе.

Полученную плоскую поверхность образца шлифуют на шлифовальной (наждачной) шкурке с зернами различной величины (номеров).

Шлифование начинают на шкурке с более крупным абразивным зерном, затем постепенно переходят на шкурку с более мелким абразивным зерном.

Шлифуют вручную на шкурке, положенной на толстое стекло, или на специальных шлифовальных станках. При шлифовании вручную образец подготовленной плоскостью прижимают рукой к шлифовальной шкурке и водят им по бумаге в направлении, перпендикулярном к рискам, полученным после опиливания напильником. Шлифуют до полного исчезновения рисок, после этого поверхность образца протирают ватой (или промывают), поворачивают на 90 градусов и шлифуют на шкурке с более мелким абразивным зерном до полного исчезновения рисок, полученных от предыдущего шлифования. При замене шкурки одного размера зернистости другим образец протирают ватой и поворачивают на 90 градусов, чтобы риски при последующей обработке получались перпендикулярными к рискам от предыдущей обработки.

Можно шлифовать также специальными пастами, нанесенными на небольшие листы чертежной бумаги.

Механическое шлифование осуществляется на специальных шлифовальных машинах, имеющих несколько кругов диаметром 200-250 мм, приводимых во вращение от электродвигателя. На поверхность кругов надевают или наклеивают шлифовальную шкурку. Методика механического шлифования аналогична методике ручного шлифования.

Чтобы получить хорошее качество подготавливаемой поверхности образца, шлифование с самого начала надо вести правильно и аккуратно. Нельзя переходить с крупнозернистой шлифовальной шкурки сразу на мелкозернистую. В этом случае грубые риски полностью не устраняются, промежутки между ними заполняются металлом, опилками, наждаком и поверхность образца только с виду кажется хорошо подготовленной. После дальнейшей обработки поверхности (полирования, травления) легко растворимый металл и опилки будут удалены и резко выступят риски, которые придется удалять повторным шлифованием.

При шлифовании также не следует сильно нажимать на образец для ускорения работы, так как это может вызвать заметный нагрев шлифуемой поверхности и внедрение абразивных зерен в металл, в результате чего на микрошлифе будут черные точки.

После окончания шлифования на шлифовальной шкурке самой мелкой зернистости полированием удаляют риски и обрабатываемая поверхность образца получается зеркальной. Полирование можно осуществлять механическим и электролитическим способами.

Механическое полирование производят на специальном полировальном станке с кругом диаметром 200-250 мм, обтянутым сукном или фетром. Частота вращения круга от электродвигателя равна 700-800 об/мин. Сукно смачивают полировальной жидкостью. К вращающемуся кругу с сукном прижимают отшлифованной поверхностью образец и в процессе полирования поворачивают. Полируют до полного исчезновения рисок и получения зеркальной поверхности, что занимает при хорошо отшлифованной поверхности 5-10 мин.

Чтобы получить хороший результат полирования, образец не следует сильно прижимать к сукну, так как при этом, хотя и ускоряется удаление рисок, но происходят деформирование поверхностного слоя и искажение структуры, выкрашивание хрупких включений. Сильный нажим на образец приводит также к более быстрому высыханию полировальной жидкости и возможному пригоранию поверхности.

Полировальными составами являются взвешенные в воде мелкие порошки окиси алюминия (глинозем), окись хрома, окись железа (крокус) и окись магния (магнезия). Сейчас очень часто для полирования используют алмазные пасты, содержащие алмазные микропорошки марки АСМ или АМ, связующие и поверхностно активные вещества, которые наносят на лист бумаги, закрепленный на вращающемся круге полировального станка.

При полировании образец-шлиф перемещают от центра круга к периферии или «восьмеркой». В случаях химико-механического полирования используют полировочные абразивные частицы совместно с химическими веществами, способствующими процессу полирования. В частности, для полирования цветных и некоторых редких металлов используют химически активные вещества (например, растворы желтой кровяной соли), которые не только ускоряют процесс полирования, но и выявляют микроструктуру без последующего травления.

После полирования любым методом микрошлиф промывают водой, затем спиртом и просушивают фильтровальной бумагой во избежание окисления его на воздухе.

По зеркальной поверхности образца, полученной после полирования, нельзя судить о строении сплава. Только неметаллические включения (сульфиды, оксиды, графит в сером чугуне) вследствие их окрашенности в различные цвета резко выделяются на светлом фоне полированного микрошлифа.

В связи с этим для выявления микроструктуры полированную поверхность образца подвергают травлению. При травлении неоднородные участки металла или сплава становятся видимыми под микроскопом.

Сущность процесса выявления структуры металлов и сплавов травлением заключается в различной степени растворения или окрашивания отдельных структурных составляющих — зерен металлов, твердых растворов, химических соединений.

Продолжительность травления зависит от марки стали и структуры, обычно достаточна выдержка в несколько секунд.

Признаком протравливания является потускнение поверхности. После травления микрошлиф промывают водой, протирают ватой, смоченной спиртом, а затем просушивают прикладыванием фильтровальной бумаги или слегка протирают сухой ватой.

В результате травления должно быть четкое выявление микроструктуры. Если структура недостаточно выявлена, следовательно, шлиф недотравлен, и его травят повторно. Если структура получается слишком темная и разъеденная, то шлиф перетравлен; тогда его нужно снова полировать и травить, уменьшив время выдержки или ослабив травитель. Реактивы, применяемые для исследования микроструктур сталей, приведены в табл. 1.

Подготовленный для исследования микроструктуры микрошлиф рассматривают в металлографический микроскоп.

 

Таблица 1

Реактивы для исследования микроструктуры сталей

 

Наименование

Состав реактива

Назначение и особенности

применения

Для травления углеродистых и низколегированных сталей

Спиртовой раствор азотной кислоты (реактив Ржеотарского)

Азотная кислота 1-5 мл, этиловый или метиловый спирт 100 мл.

Реактивы окрашивают перлит в темный цвет, выявляют границы зерен феррита, структуру мартенсита и продуктов отпуска. Применяют также для выявления структуры азотированной и цементированной стали. С увеличением количества азотной кислоты в реактиве возрастает скорость травления. Продолжительность травления от нескольких секунд до минут.

Раствор азотной и соляной кислот

Азотная кислота 25 мл, соляная кислота 50 мл, двухромовокислый калий 12 г, вода 25 мл

Для выявления величины зерен в закаленной стали. Травление в реактиве, выдержанном 24-48 часов, время травления 1-2 с

 

7.       Описание микроскопа металлографического вертикального МИМ-6

Металлографический микроскоп позволяет рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете. На рис. 16 показана его схема.

Микроскоп состоит из осветительного устройства 1 с лампой 20 Вт, питаемой током напряжением 8 В через трансформатор 2, осветительного тубуса 3 с апертурной и полевой диафрагмами и линзами, основного корпуса 4, вверху которого, над объективом, помещается предметный столик 5 с крестообразным перемещением. Винт 6 служит для грубой наводки на фокус, микрометрический винт 7 – для точной наводки на фокус. В отверстии визуального тубуса 8 находится окуляр.

7.1  Работа на микроскопе МИМ-6

С металлографическим микроскопом, являющимся сложным, точным и дорогим прибором, необходимо обращаться бережно и аккуратно. Прежде чем приступить к работе на микроскопе, необходимо сначала подробно ознакомиться с его оптической системой и конструкцией. Целесообразно пользоваться следующей инструкцией:

а) выбрать увеличение микроскопа, пользуясь данными табл. 2. Начинать надо с меньших увеличений, переходя к большим;

 

Таблица 2

Увеличения микроскопа МИМ-6 при визуальном наблюдении

 

Объективы

Окуляры

7х

10х

15х

20х

Для светлого и темного поля

8,6х (Æ=23,2; А=0,17)

60

90

130

170

14,4х (Æ=13,89; А=0,30)

100

140

200

300

24,5х (Æ=8,16; А=0,37)

170

240

360

500

32,5х (Æ=6,16; А=0,65)

250

320

500

650

Иммерсионные

72,2х (Æ=2,77; А=1,25) только для светлого поля

500

720

-

-

71,7х (Æ=2,79; А=1,00) только для темного поля

500

720

-

-

 

б) в отверстие визуального тубуса 8 вставить окуляр;

в) отвернуть зажимной винт, вращением макрометрического винта 6 поднять предметный столик 5 и вставить объектив в посадочное отверстие;

г) в окно предметного столика вставить подкладку с нужным отверстием в зависимости от размера шлифа;

д) вращением макрометрического винта 6 опустить предметный столик до совпадения риски на кронштейне предметного столика с точкой на корпусе микроскопа 4;

е) с помощью винтов установить предметный столик в таком положении, чтобы объектив был в центре отверстия подкладки;

ж) поместить исследуемый шлиф полированной и протравленной поверхностью вниз на подкладку предметного столика над объективом и прижать прижимом, расположенным на столике.            Шлиф обязательно должен быть тщательно просушен, так как оставшиеся на шлифе травитель или влага могут испортить объектив и подкладку предметного столика; на это надо особенно обращать внимание при работе с образцами малых размеров, залитыми в оправку или закрепленными в зажимах, когда травитель или влага могут задержаться в зазорах между образцами и стенками зажима;

з) визуальный тубус 8 вдвинуть до упора;

и) наблюдая в окуляр, вращением макрометрического винта 6 произвести грубую наводку на фокус;

к) стопорным винтом закрепить предметный столик 5 в установленном положении;

л) наблюдая в окуляр, вращением микрометрического винта 7 произвести точную фокусировку.

м) наблюдая в окуляр, с помощью винтов передвигать предметный столик 5 и просматривать структуру в разных местах шлифа. Водить шлифом по подкладке предметного столика нельзя.

При работе с иммерсионным объективом на фронтальную линзу объектива нанести каплю иммерсионного масла; вращением макрометрического винта 6 предметный столик опустить до соприкосновения микрошлифа с иммерсионным маслом на фронтальной линзе объектива и закрепить зажимным винтом; точную наводку на фокус произвести вращением микрометрического винта 7; после работы масло с объектива и микрошлифа снять ватой и промыть их бензином.

 

8.       Домашнее задание

8.1. Изучить микроструктуры сталей и сплавов, приведенных в методических указаниях.

8.2. Изучить методику приготовления микрошлифа и схему полирования.

8.3.Изучить устройство микроскопа металлографического МИМ-6 и порядок работы на нем.

8.4 Подготовить протокол микроанализа.

 

9.       Программа и последовательность выполнения работы

9.1. Получить образцы материалов.

9.2. Приготовить микрошлифы (методику см. в разделе 5).

9.3. Протравить полученные микрошлифы 4 %-ной азотной кислотой. Хотя в данной работе используются очень слабые растворы кислот, следует соблюдать меры предосторожности и исключить попадание раствора кислот на открытые участки тела и одежду. Если такое произошло, то надо быстро промыть место попадания кислоты под струей воды. Следует контролировать процесс травления микрошлифа, чтобы избежать перетравливания, иначе придется производить переполировку образца.

9.4. Фильтровальной бумагой промокнуть протравленные микрошлифы для удаления остатков кислоты. Это следует делать без видимых механических усилий для исключения разрушения полученной структуры травления (она может быть очень хрупкой).

9.5. Поочередно просмотреть микрошлифы в микроскопе при увеличении х100. Оценить размеры зерна Sср и dср. Записать полученный результат в таблицу.

9.6. Перестроить металлографический микроскоп на увеличение х500 путем смены объектива.

9.7. Поочередно произвести сравнение увиденных микроструктур с фотографиями микроструктур, находящимися в Атласе микро- и макроструктур металлов и сплавов [I], или с фотографиями, находящимися на стенде в лаборатории. При этом особое внимание следует уделять совпадению величины увеличения, фазовых и структурных составляющих, их взаимному расположению, величине зерна. Результатом этого процесса должно стать выявление марки материала или сплава. Данные занести в таблицу. Зарисовать микроструктуры.

9.8. Сделать выводы о влиянии углерода на свойства сталей (в процентном отношении).

9.9. После завершения программы работы сдать рабочее место лаборанту.

 

10.    Содержание отчета

10.1. Краткое описание методов выявления микростроения и характерных микроструктур конструкционных и инструментальных сталей.

10.2. Заполненный в виде табл. 3 протокол микроанализа сталей.

10.3. Выводы о влиянии углерода на свойства стали.

 

Таблица 3

Протокол микроанализа сталей

№ п/п

Окраска пластины образца

Наименование и марка сплава (в результате сравнения)

Содержание углерода, %

Микроструктура

Зарисовка

Наименование

1.

 

 

 

 

 

Примечание. Микроструктуры зарисовать в кругах диаметром 50 мм или в квадратах размером 50х50 мм. Основное внимание при зарисовке микроструктур уделить характерным особенностям микроструктуры и передать их на рисунке. Нет надобности передавать на рисунке фотографически точное изображение. Фазы и структурные составляющие указывать стрелками и около стрелок, на полях написать их наименование.

 

11.    Контрольные вопросы

11.1. Назначение микроанализа сплавов.

11.2. Фазовый состав и микроструктуры сплавов железа с углеродом.

11.3. Влияние углерода на микроструктуру сплавов.

11.4. Влияние термической обработки на микроструктуру стали.

11.5. Методика определения зернистости материала.

11.6. Методика изготовления микрошлифов.

11.7. Устройство оптического металлографического микроскопа МИМ-6.

 

 

 

Библиографический список

  1. Болховитинов Н.Ф., Болховитинова Е.М. Атлас нормальных микроструктур металлов и сплавов. М.: Машгиз, 1955. 96 с.
  2. Лахтин Ю.А., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших учебных заведений. М.: Машиностроение, 1990. 528 с.
  3. Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению и технической обработке металлов. М.: Машиностроение, 1981. 46 с.