Микроструктура стали
 | | ||
 | |
Определение содержания углерода в стали
Марка стали: ________________________.
Теоретический материал
Микроскопическим анализом (или микроанализом) называется исследование строения металлов и сплавов с помощью специальных микроскопов (оптических или электронных) при увеличении от 50 до 100000 раз на специально приготовленных объектах: микрошлифах, репликах (оттисках) или тонких фольгах. В настоящей работе рассматривается только микроскопический анализ с помощью оптического металлографического микроскопа, дающего увеличение от 50 до 3000 раз.
Наблюдаемое при микроанализе строение металлов называется микроструктурой.
Задачи микроанализа
Микроскопический анализ позволяет установить:
1. Форму и размеры кристаллических зерен, из которых состоит сплав;
2. Характер и относительное количество структурных составляющих ( структурные составляющие – твердые растворы, химические соединения и механические смеси – это части структуры, имеющие при рассмотрении под микроскопом одинаковое строение с присущими характерными особенностями, например доэвтектоидная углеродистая сталь в отожженном состоянии имеет две структурные составляющие: феррит и перлит);
3. Изменения внутреннего строения сплава, происходящие под влиянием различных режимов термической и химико-термической обработки, а также после внешнего механического воздействия на сплав (обработки давлением);
4. Характер, размеры и расположение неметаллических включений (сульфидов, оксидов и др.);
5. Детали строения микродефектов (трещин, пор);
6. Наличие ликвации;
7. Ориентировочный химический состав.
Микроанализ позволяет также оценить характер технологических операций при обработке исследуемого металлического изделия: литья, ковки, штамповки, прокатки, сварки, термической и химико-термической обработки.
Микроскопическое исследование имеет большое значение потому, что механические свойства металлов в большой степени зависят от их микроструктуры, а разрушение деталей бывает обусловлено нередко ненормальной для данного сплава микроструктурой.
Техника микроскопического анализа
Для проведения микроанализа необходимо приготовить образец исследуемого металла и путем ряда операций (шлифование, полирование, травление) довести его до такого состояния, при котором микроструктура металла становится различимой под микроскопом. Подготовленная для исследования микроструктуры поверхность образца называется микрошлифом.
Образцы металлов с невысокой твёрдостью вырезают либо на металлорежущих станках, либо механической или ручной ножовкой, образцы твёрдых металлов – при помощи тонкого наждачного круга или путём электрофизической обработки. Наиболее удобный размер образцов составляет 1-3 см3.
Для получения ровной поверхности образец для микрошлифа обрабатывают, прежде всего, напильником или (если металл тверд) шлифовальным кругом. После этого поверхность шлифуют на специальных станках или вручную на наждачной бумаге различной зернистости (3-4 номера). Шлифование начинают на бумаге с грубым абразивным зерном и заканчивают на бумаге с очень мелким зерном. При переходе с одной бумаги на другую направление шлифования изменяют на перпендикулярное. Момент окончания шлифования на бумаге данного номера определяется по исчезновению рисок от шлифования на бумаге предыдущего номера.
После окончания шлифования для удаления царапин производят полирование отшлифованной поверхности образца, после чего она становится зеркальной. Полирование производят механическим или электролитическим способом. Для механического полирования применяют специальные станки с кругом диаметром 250-350 мм, обтянутым сукном. Круг вращается со скоростью 700-1000 об./мин. К сукну, непрерывно смачиваемому полировальной жидкостью, прижимают отшлифованной поверхностью образец. Наиболее распространенной полировальной жидкостью является вода с взвешенными в ней очень мелкими частицами окиси алюминия Al2O3 или окиси хрома Cr2O3. Отполированную поверхность образца промывают водой, протирают для обезжиривания ватой, смоченной спиртом, и затем просушивают фильтровальной бумагой или горячим воздухом.
При рассмотрении под микроскопом полированной зеркальной поверхности микрошлифа нельзя еще судить о строении сплава. Только неметаллические включения вследствие того, что они окрашены в различные цвета, резко выделяются на светлом фоне полированного микрошлифа.
Для выявления микроструктуры микрошлифы подвергают травлению, для травления углеродистых сталей и чугунов в качестве травителей применяют обычно 2-4%-ные спиртовые растворы азотной и пикриновой кислот. Для травления коррозионностойких сталей и чугунов, а также цветных металлов и их сплавов разработано большое число травителей.
Действие травителей основано на следующих явлениях:
- на различной скорости растворения металлического зерна и его пограничных слоев, благодаря чему границы зерен выявляются в виде темных линий;
- на различиях в скорости растворения в травителе различных фаз и структурных составляющих, а также на различиях в скорости растворения однофазных зерен вследствие их анизотропности, проявляющейся в различиях ориентировки атомных плоскостей кристаллической решетки зерен, исследуемого металла относительно плоскости микрошлифа;
- на различиях в окрашиваемости различных фаз и структурных составляющих.
Протравленный и высушенный микрошлиф устанавливают на предметный столик металлографического микроскопа и рассматривают микроструктуру в отраженном свете; при необходимости микроструктуру фотографируют.
Микроскоп МИМ-7
Лучи света от электрической лампы, проходят через коллектор, светофильтры, апертурную диафрагму (для ограничения световых пучков и получения высокой чёткости изображения), линзу, диафрагму (для ограничения освещённого поля рассматриваемого участка на шлифе), и еще 2-е линзы и падают на стеклянную плоскопараллельную пластину, расположенную под углом 450 к оси объектива. Лучи света, падающие на пластину, частично проходят через неё, а частично отражаются, проходя через объектив, и освещают микрошлиф. Отразившись от микрошлифа, лучи вновь проходят через объектив, пластину, преломляются призмой и через окуляр попадают в глаз наблюдателя. Меняя объективы и окуляры, можно изменять увеличение микроскопа.
Установка на фокус производится с помощью винта грубой наводки и микрометрического винта.