Микроисследование

Исследование структуры металла при больших увеличениях с помощью металлографического микроскопа называется микроисследованием. Микроскоп изобретен очень давно, но для изучения структуры металлов он стал применяться лишь в прошлом столетии. Первым в мире использовал микроскоп для изучения структуры металлов русский инженер -металлург П. П. Аносов. Современные оптические микроскопы позволяют обнаруживать частицы от зерна и его границ, размером до 0,2 мк при максимально возможном в увеличении до 2000 раз. При изучении структуры стали и чугуна чаще всего применяют увеличение в 100 - 500 раз. Для проведения микроисследования приготовляют шлиф.

От исследуемой детали отрезают небольшой кусочек металла, одну сторону его подвергают грубой обдирке на наждачном круге и шлифуют наждачной бумагой различных номеров, а затем полируют на быстро вращающемся круге полировального станка (на круг натянуто сукно, которое периодически смачивается водой в смеси с порошком окиси глинозема, хрома и т. п.). Полировку ведут до тех пор, пока не исчезнут риски от наждачной бумаги и плоскость не получит зеркальный блеск. Такая полированная плоскость представляет собой микрошлиф. Для выявления структуры микрошлиф промывают спиртом и подвергают травлению различными реактивами. При изучении структуры стали в качестве реактива в большинстве случаев применяют 2 - 4% раствор азотной кислоты в этиловом спирте.

Вследствие неодинаковой твердости составляющих структуры некоторые из них, как более мягкие, при шлифовке и полировке вырабатываются сильнее и глубже, а твердые выступают, образуя рельеф. При травлении кислота в первую очередь будет воздействовать на границы тех зерен, которые в шлифе будут углублениями. Свет, падая на них, рассеивается, и они будут казаться темными, а само зерно светлым. Схема отражения лучей от зерна и его границ. Микроструктура железа при увеличении в 300 раз показана на рис. 19. На ней видны светлые участки, которые являются зернами железа, и темные линии, представляющие собой границы зерен. Общий вид современного металлографического микроскопа МИМ - 6 (а) и его оптическая схема (б). Микрошлиф устанавливается на предметный столик 5. Источником света является лампа 1, которая питается током от сети через трансформатор 9. Световые лучи от лампы проходят через линзу 2, светофильтры и диафрагму 4 и падают на полуматовую пластинку, расположенную в верхней части микроскопа. Отразившись от пластинки, лучи света проходят через объектив (линза, расположенная под отверстием предметного столика) и освещают микрошлиф. Отразившиеся от микрошлифа световые лучи снова проходят через объектив и пластинку, преломляются в призме и через окуляр 3 попадают в поле зрения наблюдателя.

При фотографировании микрошлифа лучи света от него направляются на фотопластинку 8. Регулирование фокуса микроскопа достигается подъемом или опусканием предметного столика 5. Для этой цели имеются винт 6 (для более точного регулирования) и винт 7 (для грубого регулирования). Необходимое увеличение достигается путем подбора соответствующих объектива и окуляра. Структура, наблюдаемая под микроскопом, называется микроструктурой. Если микроструктура фотографируется, то получается микрофотография. На каждой микрофотографии должно обязательно указываться увеличение (например, х100, х300, т. е. увеличено в 100, в 300 раз). Для получения общего представления о микроструктуре следует пользоваться сравнительно небольшими увеличениями (в 100 - 200 раз), чтобы в поле зрения попала как можно большая поверхность шлифа.

Детальное изучение отдельных участков шлифа производится при больших увеличениях (в 500 раз и более). Следует иметь в виду, что площадь нормального шлифа равна примерно 1 2 2 см и при увеличении в 1000 раз в поле зрения поместится площадка шлифа в 20 мк, что составит V50000 площади шлифа. Такой небольшой участок не дает общего представления о структуре исследуемого шлифа. В последнее время для изучения структуры металлов начали применять электронный микроскоп, увеличивающий в 10-20 тысяч раз и более. Этот микроскоп используется для научных исследований. В обычных заводских условиях применяются оптические металлографические микроскопы. Исследование микроструктуры позволяет изучить ряд важных особенностей строения металлов:

1) определить величину и форму зерен;

2) безошибочно установить, подвергался ли материал термической обработке, и даже определить качество этой обработки;

3) выявить такие дефекты, как обезуглероживание, пережог, перегрев, наличие неметаллических включений и т. п.;

4) если исследуется чугун, определить его сорт. Совершенно очевидно, что микроисследование - ценный способ исследования металлов. Каждый термист должен владеть этим способом и чаще им пользоваться для проверки результатов своей работы. Микроскоп должен стать подлинным другом и помощником термиста.