Возможности использования микроскопического анализа для изучения структуры материалов

Возможности использования микроскопического анализа  для изучения структуры материалов .

Микроскопический анализ заключается  в исследовании структуры материалов при больших увеличениях с  помощью микроскопа. Наблюдаемая  структура называется микроструктурой. В зависимости от требуемого увеличения для четкого наблюдения всех присутствующих фаз (или типов металлов), их количества, формы и распределения, т.е. структуры в целом, в микроскопах используют:

   - белый свет и обычные оптические системы, являющиеся комбинацией стеклянных линз и призм (оптическая микроскопия);

   - электронные лучи для создания оптических систем, для которых необходимо применять электромагнитные или электростатические линзы (электронная микроскопия).

  Применения различного излучения и микроскопов разных конструкций (оптических и электронных) требует различной специальной подготовки объектов и особых методов расшифровки наблюдаемых изображений.

 Применение белого света  позволяет наблюдать структуру  металла при общем увеличении  от нескольких десятков до 2000-3000 раз. Выбор увеличения в пределах, допускаемых оптическим микроскопом, решается в зависимости от конкретной структуры сплавов. В одних случаях нет необходимости применять большие увеличения, для других сплавов изучение структуры при большом увеличении является необходимым.

  Применяя глубокое травление  в соответствующих растворах,  можно выявить так называемые  фигуры травления – геометрически  правильные углубления или выступы,  ограниченные определенными кристаллографическими плоскостями. Измеряя углы между гранями или определяя направление ребер на фигурах травления, можно установить ориентировку каждого кристаллита и, следовательно, ориентировку всей совокупности кристаллитов, т.е. структуру. На однофазных сплавах можно выявить дислокации, представляющие собой особый вид линейных дефектов кристалла.

  Способ обработки сплава  резко влияет на его структуру  и свойства. С помощью микроанализа  можно определить, каким образом  изготовлен изучаемый сплав (или  деталь), какой предварительной обработке он подвергался. В частности, микроанализ позволяет определить, находится ли сплав в литом состоянии или он подвергался обработке давлением и какое влияние оказала пластическая деформация на его структуру.

  Во многих случаях микроанализ  проводят параллельно с макроанализом. Последний характеризует строение металла на больших участках, а первый – лишь на отдельных участках, выявляя при этом детали структуры.

Образец, поверхность которого подготовлена для микроанализа, называют микрошлифом. Для изготовления шлифа необходимо вырезать образец из исследуемого металла и получить на нем плоскую и блестящую поверхность. Предварительная обработка включает в себя следующие пункты:

- Получение плоской поверхности образца.

  Поверхность образца подвергают специальной обработке. При этом необходимо получить приблизительно плоскую поверхность. Если исследуемый металл мягкий, выбранную поверхность обрабатывают на токарном и фрезерном станке, а если твердый  - заточкой на абразивном круге.

 - Запрессовка образца.

  Для запрессовки образец помещают в прессформу, засыпают эбонитовую пудру и прессуют при нагреве. После запрессовки образцы становятся очень удобными для измерения твердости и металлографического исследования поверхности под микроскопом.

-  Шлифование плоскости образца.

  После получения приблизительно плоской поверхности образец шлифуют на абразивных кругах различной зернистости. Для мокрого шлифования используют водостойкий бумажный абразивный круг. В этом случае образец не нагревается, а поверхность образца и круга непрерывно очищаются от металлических окислов и абразивных частиц, вырываемых из круга .

    После шлифования поверхности образца следует полирование, которое должно устранить риски, оставшиеся от воздействия абразивных частиц.

- Полирование плоскости образца.

  Полированием удаляют оставшиеся после тонкого шлифования мелкие дефекты поверхности, риски и т.п. Применяют механический, химико- механический и электрохимический способы полировки. Механическое полирование проводят на станках, снабженных вращающимся кругом. На круге натянут полировальный материал – фетр, сукно и др., на который наносят мелкие частицы абразивных материалов – оксидов алюминия, железа или хрома в виде водной суспензии. При полировании образец-шлиф перемещают от центра круга к периферии или «восьмеркой». В случае химико-механического полирования используют полировочные абразивные частицы совместно с химическими веществами, способствующими ускорению полирования .

-  Травление  образца в соответствующих растворах. 

 Для определения  дефектов, нарушающих сплошность  стали, применяют реактивы глубокого  и поверхностного травления. Определение  основано на том, что соответствующие  реактивы более сильно воздействуют  на участки с  более развитой  и активной поверхностью, т.е. именно на те участки, где имеются дефекты сплошности. Поэтому после травления поверхность макрошлифа в указанных участках протравливается более сильно и глубоко и они четко выявляются на фоне более выступающих и светлых (т.е. менее сильно протравленных) участков без подобных дефектов. Травление проводят в вытяжном шкафу. Через некоторое время (продолжительность травления зависит от состава изучаемого сплава и состава раствора) микрошлифы вынимают из реактива щипцами или рукой в резиновой перчатке; если полированная поверхность станет слегка матовой, травление считается законченным и шлиф сразу же промывают водой и высушивают фильтровальной бумагой.

Реактивы поверхностного травления хорошо выявляют сравнительно крупную пористость (например, в сварных заготовках) и другие дефекты несплошности, выходящие на поверхность, но они из-за меньшей агрессивности не могут заменить реактивы глубокого травления, применяемые для определения трещин, рыхлости и пор, не выходящих непосредственно на поверхность металла.

 Изучение структуры образца под микроскопом.

   Металлографический микроскоп позволяет рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете. Металлографический микроскоп состоит из оптической системы, осветительной системы с фотографической аппаратурой и механической системы. Оптическая система включает объектив, окуляр и ряд вспомогательных оптических элементов: зеркала, призмы и т.п. Объектив дает действительное увеличенное обратное изображение шлифа и представляет собой сложное сочетание линз, расположенных в одной общей оправке и находящихся в непосредственной близости к шлифу. Объектив имеет фронтальную плоско-выпуклую линзу, определяющую возможное увеличение и ряд так называемых коррекционных линз, предназначенных для устранения нежелательных эффектов.

   Шлиф освещают обычно через объективы, применяя специальную осветительную систему, состоящую из источника света, линз, светофильтров и диафрагм.  При микроанализе для большинства металлов и других непрозрачных материалов и сплавов применяют наблюдение в светлом поле, т.е. при вертикальном освещении, когда световые лучи  попадают на микрошлиф через объектив, который собирает их на поверхности шлифа.  Вследствие того, что при травлении поверхность микрошлифа становится неровной (в результате неодинаковой травимости разных фаз), отражение света от отдельных участков оказывается различным. Таким образом можно получить представление о всей структуре сплава или другого материала.