Лабораторная работа №1

“Микроскопический анализ металлов и сплавов”

Цель работы: ознакомление с приготовлением металлографических

микрошлифов, с устройством и работой

металлографического микроскопа.

К работе допущен:

Работу выполнил:

Работу защитил:

Теоретическое введение

Микроскопический анализ состоит из следующих этапов

а) приготовление шлифов (вырезание образца из детали, шлифование, полирование);

б) сравнение шлифов для выявления структуры;

в) изучения устройства металлографического микроскопа и рассматривание структуры под металломикроскопом.

Приготовление шлифов. Образец из детали вырезают механическим способом, не допуская разогрева и пластических деформаций, которые могут изменить структуру металла, при этом плоскость будущего шлифа обрабатывают с помощью напильника или наждачного круга. По краям шлифа снимают фаску.

Плоскость шлифуют вручную или на вращающихся плоских кругах, используя шлифовальную бумагу с разной крупностью абразива. Шлифовку ведут в одном направлении до исчезновения рисок от напильника или наждачного круга. При каждом переходе на более мелкозернистую бумагу и в процессе изготовления шлиф поворачивают вокруг вертикальной оси в направлении, перпендикулярном рискам от предыдущей бумаги, и шлифуют до исчезновения поперечных рисок. При смене бумаги о поверхности шлифа ваткой снимают частички абразива. После шлифования на последней бумаге шлиф тщательно промывают в воде.

При окончательном шлифовании применяют пасту ГОИ, состоящую из окиси хрома (абразива), стеарина, олеиновой кислоты, соды и керосина, которую наносят на вращающийся круг.

Шлиф полируют до зеркального блеска и удаляют шлифовочные царапины, слегка прижимая его к вращающемуся кругу, на который натянуто сукно, фетр вампа, бархат, а в менее ответственных случаях - войлок. Полировальный круг всё время смачивается водной суспензией - взвесью тонкого абразива в воде.

---

Абразивами для полирования служат окись хрома, окись алюминия, окись железа. Для полировки твёрдых материалов применяют пасту с алмазным порошком. После полировки шлиф промывают в воде или этиловом спирте, и сушат полированную поверхность фильтровальной бумагой, прикладывая её к зеркалу шлифа.

Кроме механического полирования существует электролитический способ полировки.

Травление шлифа применяют для выявления структуры, так как на нетравлёном шлифе видны только поры, трещины, неметаллические включения (графит, сульфиды, оксиды).

Для выявления структуры шлиф подвергают кратковременному воздействию реактива, т.е. раствора кислот, щелочей и солей в воде и спирте. При этом шлиф погружают в ванночку с травителем или наносят травитель с помощью ватного тампона. Процесс ведётся до слабого потускнения поверхности шлифа; сильное потемнение свидетельствует о перетравливании.

Сильно растравленные участки шлифа под микроскопом кажутся тёмными, т.к. отражают мало света.

В образце с однофазной структурой границы между зёрнами растравливаются сильнее, чем тело зерна; проявляются под микроскопом в виде тёмной сетки (рис 1, а, б).

а б

Рис. 1.

Разные кристаллы одной фазы попадают в сечение шлифа различными кристаллографическими плоскостями, которые травятся по-разному. Поэтому кристаллы одной фазы могут иметь различные оттенки.

В многофазном сплаве различные фазы и структурные составляющие травятся по-разному и резко различаются по цвету. Смесь фаз подвергается не только химическому действию реактивов, но и электрохимическому травлению, так как смесь фаз является совокупностью микрогальванических элементов. Под микроскопом эти участки наиболее темные.

Так в результате действия травления выявляется микростроение образца.

После травления шлиф промывают водой или спиртом, сушат фильтровальной бумагой и ставят на столик микроскопа.

Устройство металлографического микроскопа. Микроанализу подвергают непрозрачные для световых лучей микрошлифы, которые рассматривают в микроскоп в отраженном свете. Качество микроскопа определяется его разрешающей способностью, которая характеризуется разрешаемым расстоянием, т.е. расстоянием между двумя соседними частиками.

---

Разрешаемое расстояние определяется соотношением

где - длина волны света идущего от объекта в объектив; n ‑ показатель преломления среды, находящейся между объектом и объективом; - угловая апертура равная половине угла раскрытия входящего в объектив пучка лучей, дающих изображение (рис.2).

Произведение называется числовой апертурой объекта.

У лучших объективов максимальный апертурный угол равен 70. В большинстве исследований применяют сухие объективы, работающие в воздушной среде (n = 1). Для уменьшения разрешающего расстояния используют иммерсионные объективы. Пространство между объективом и объектом заполняют иммерсионной жидкостью с большим углом преломления.

Минимальное разрешаемое расстояние светового микроскопа, мм

Разрешаемая способность светового микроскопа ограничена, прежде всего, длиной волны света. Полезное увеличение микроскопа

,

где - разрешаемое глазом расстояние, равное 0,3 мм, d - расстояние, разрешаемое микроскопом.

На металлографических микроскопах проводят исследования с увеличением от 20 до 2000 раз.

Общее увеличение микроскопа равно произведение увеличений объектива и окуляра. Объектив дает увеличенное промежуточное изображение объекта, которое рассматривается в окуляр как в лупу. Окуляр увеличивает промежуточное изображение объекта и не может поймать разрешающей способности микроскопа. При выбранном объективе рекомендуется взять такой окуляр, чтобы общее увеличение микроскопа находилось в интервале 500 - 1000 апертур.

Отличительная особенность металлографических микроскопов освещение непрозрачного для световых лучей объекта через объектив. На рис. 3 показаны две принципиальные схемы освещения шлифа в микроскопе.

---

Рис. 2. Рис. 3.

От источника света I лучи попадают в систему вертикального иллюминатора, частью которого является или призма полного внутреннего отражения 4 или полупрозрачная плоскопараллельная пластинка 4'. Их назначение - направить поток света в объектив 2 и через него на шлиф 3. Отраженные от шлифа лучи попадают в объектив 2 и далее в окуляр 3, а от него - к глазу исследователя. Если используется призма (рис. 3, а), то весь поток света попадает в окуляр. Изображение получается ярким, но работает только часть отверстия объектива, и из-за уменьшенной апертуры разрешающая способность объектива оказывается пониженной.

Если используется полупрозрачная плоскопараллельная пластинка (рис 3, б), то часть светового потока, идущего от источника света, отражается от пластинки в объектив, а часть, проходя через пластинку, рассеивается в микроскопе. Отраженные от шлифа лучи частично отражаются от пластинки и в окуляр попадает лишь 1/3 или 1/4 часть светового потока. Поэтому изображение шлифа получается менее ярким, но зато работает все отверстие объектива и разрешающая способность его не снижается.

Устройство микроскопа МИМ - 7. Вертикальный металлографический микроскоп дает увеличение от 60 до 1440 крат. В микроскопе МИМ - 7 (рис. 4) пучок света от источника 1 проходит через коллектор (собирательную линзу) 2, отражается от зеркала 3, проходит через светофильтры, апертурную диафрагму 5, фотозатвор 6, полевую диафрагму 7 и, претерпев полное внутреннее отражение в поворотной призме 8, попадает на полупрозрачную плоскопараллельную пластинку 12. Часть лучей отражается вверх от пластинки, проходит через объектив 11 и через отверстие в предметном столике 10 попадает на поверхность шлифа 9. Отраженные лучи проходят

Рис.4.

через объектив 11, через полупрозрачную пластинку 12 и, отразившись от зеркала 13, через окуляр 14 попадают в глаз исследователя. Если зеркало 13 выдвинуть вместе с тубусом окуляра, то лучи света проходят через фотоокуляр 15, отражаются от зеркала 16 и попадают на матовое стекло фотокамеры или пластинку 17 в кассете, вставленной вместо матового стекла. Механическая часть микроскопа позволяет перемещать предметный столик по двум направлениям в горизонтальной плоскости и вертикально для наводки на резкость. Для грубой наводки отпускается стопор макровинта, и его вращением предметный столик со шлифом перемещается относительно неподвижного объектива. Вращение макровинта производится до момента совмещения точек на корпусе и кронштейне отолита. После этого стопором зажимается макровинт. Далее наводка на резкость осуществляется микровинтом.

---

Практическая часть

Заключение

В результате выполнения работы ознакомились с порядком приготовления микрошлифов, с устройством и работой металлографического микроскопа. Рассмотрели микроструктуры нескольких металлических образцов.

---

Смотрите также файлы

• Лекции по маркетингу.doc

• ЛабФиз2.1-7.doc

• ЛабПр ТДиТМО.doc

• ЛАБОРАТОРНЫЕ работы по ДМ.doc

• ЛАБА 1 ИТЭ.doc