Микроскопы металлографические

Для исследования микроструктуры металлов используются металлографические микроскопы. Металлографический микроскоп позволяет рассматривать непрозрачные тела в отраженном свете. В этом основное его отличие от биологического микроскопа.

По расположению оптических систем и устройств различают вертикальные и горизонтальные. Вертикальные микроскопы МИМ–6 и МИМ–7 при визуальном наблюдении дают увеличение 60–1440 раз, что позволяет изучать детали структуры с минимальным размером 0,2 мкм. Горизонтальные микроскопы МИМ–8 обеспечивают увеличение до 1350 раз при визуальном наблюдении и до 2000 раз – при фотографировании.

Изображение предмета увеличивается в микроскопе дважды: в объективе и окуляре. Поэтому общее увеличение микроскопа N_n равно произведению увеличения объектива n_об на увеличение окуляра n_ок:

. (4.1.1)

Главное увеличение или максимально полезное увеличение микроскопа обеспечивается объективом. Оно определяется разрешающей способностью объектива. Разрешающая способность объектива − минимальное расстояние, на котором две близлежащие точки ещё видны отдельно.

Окуляры предназначены для увеличения изображения, полученного объ­ективом, а также для исправления оптических недостатков объективов.

Рис. 4.1.3. Микроскоп МИМ–7:

1 – фонарь осветителя, 2 – нижний корпус микроскопа с фотокамерой, 3 – верхний корпус
микроскопа, 4 – визуальный тубус, 5 – осветительный тубус, 6 – предметный столик,
7 – микрометрический винт, 8 – макрометрический винт для вертикального перемещения
предметного столика, 9 – стопорное устройство для макровинта, 10 – винты для перемещения предметного столика в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

Микроскоп МИМ–7 (рис. 4.1.3) состоит из осветителя 1, нижнего корпуса с фотокамерой 2, верхнего корпуса 3, визуального тубуса 4, осветительного тубуса 5, предметного столика 6.

Осветительная лампа 1 питается через трансформатор, понижающий напряжение в пределах 6−18,5 В. Секционный переключатель служит для изменения напряжения на зажимах лампы. Контроль за режимом работы лампы ведётся по вольтметру.

Справа в корпусе выведен винт микроскопической фокусировки микроскопа на объект 8. На верхнем корпусе укреплён визуальный тубус 4, который при визуальном наблюдении вдвигается в корпус до упора, при фотографировании выдвигается до отказа и осветительный тубус 5, в верхнем срезе которого в посадочное отверстие вставляется объектив.

Предметный квадратный столик перемещается в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях вращением рукояток 10.

Рабочая высота предметного столика устанавливается совмещением рисок на кронштейне и на корпусе вращением рукоятки механизма грубой наводки на резкость 8. Для фиксации выбранного положения предметного столика служит рукоятка 9.

Оптическая схема металлографического микроскопа показана на рис. 4.1.4. Лучи от осветителя 1, преломляясь призмой 2, проходят через объектив 3, отражаются от микрошлифа 4, вновь проходят через объектив 3, преломляются призмой 5 и через окуляр 6 попадают в глаз наблюдателя.

Рис. 4.1.4. Оптическая схема металлографического микроскопа МИМ-7

Конструкция оптических микроскопов включает в себя устройства, позволяющие выполнять измерения размеров объекта, − объект-микрометр и окуляр-микрометр.

Объект-микрометр – пластина, на которую нанесена шкала длиной 1 мм, разделенная на 100 равных частей.

Окуляр-микрометр – окуляр, в который вставлена пластинка с линейкой, при помощи которого можно определить величину зерна, глубину слоя (азотирования, цементации), размер микродефектов.

Цена деления окуляр-микрометра зависит от увеличения объектива. Для определения цены деления окуляр-микрометра на предметный столик микроскопа устанавливается объект-микрометр. После наведения на фокус в поле зрения микроскопа видны шкалы объект-микрометра и окуляр-микрометра. Совместив обе шкалы, можно определить, сколько делений шкалы объект-микрометра совмещается с делениями шкалы окуляр-микрометра. На рис. 4.1.5 показана схема определения цены деления окуляра микроскопа. При данном объективе 40 делений окуляр-микрометра, видимых в поле зрения микроскопа, совмещаются с 28 делениями объект-микрометра.

Цену деления окуляр-микрометра Ц_ок, мм, рассчитывают по формуле:

, (4.1.2)

где Ц_об – цена деления шкалы объект-микрометра (Ц_об = 1/100 = 0,01 мм), М – число делений объект-микрометра, Н – число делений окуляр-микрометра.

Рис. 4.1.5. Схема определения цены деления окуляр-микрометра

Проведение испытаний

Для определения средней величины зерна существует несколько методов, среди которых наиболее распространенным является метод площадей. Измерение этим методом величины зерна производится на предложенном для опыта микрошлифе с помощью металлографического микроскопа подсчетом количества зерен по вертикали и горизонтали. Диаметры зерна по вертикали и горизонтали рассчитываются по формуле:

, (4.1.3)

где К – количество делений шкалы окуляр-микрометра в данном опыте,
N – число зерен, пересекаемых центральной линией шкалы.

Далее определяется средний диаметр зерна:

. (4.1.4)

Затем площадь среднего диаметра зерна:

.

Для удобства классификации зерну в зависимости от его размера присваивается номер в соответствии с ГОСТ 5639–82 (табл. 4.1.1).

Табл. 4.1.1.

Характеристики (параметры) структуры стали с разной величиной баллов

Номер зерна (баллы)	Средняя площадь зерна, мм2	Среднее число зерен на площади 1 мм2 шлифа	Среднее число зерен в 1 мм2	Средний диаметр зерна, мм
по расчету	условный
	0,128			0,352	0,313
	0,064			0,250	0,222
	0,032			0,177	0,167
	0,016			0,125	0,111
	0,008			0,088	0,0788
	0,004			0,060	0,0553
	0,002			0,041	0,0391
	0,001			0,031	0,0267
	0,0005			0,022	0,0196
	0,00025			0,015	0,0138
	0,000125			0,012	0,0099
	0,000062			0,0079	0,0069
	0,000031			0,0056	0,0049
	0,000016			0,0039	0,0032
	0,000008			0,0027	0,0023