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.

Наиболее распространенный метод анализа типа и содержания неметаллических включений по ГОСТ 1778 проводят по методу Ш сравнения с эталонными шкалами, приведенными в разделе 3.1 ГОСТа. Метод применим для деформированных сталей (сортовой и листовой прокат, трубы, поковки).Оценка ведется по пятибалльной системе при увеличении х100. Просматривается весь шлиф и выбирается среднее значение. Наиболее чистому металлу соответствует балл 1; наиболее загрязненному - балл 5.

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

микроструктуры?

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

недеформированных?

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.

1980. 176с.

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

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

Приложение № 4.1

Примеры микроструктуры на нетравленых микрошлифах

Лабораторная работа № 5.