инфа по лаб №2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы: изучить устройство металлографического микроскопа и овладеть практическими навыками работы на нем; получить практические навыки проведения микроанализа.

Краткие теоретические сведения

Микроскопический анализ (микроанализ) металлов и сплавов заключается в исследовании строения (структуры) металла с помощью оптического или электронного микроскопа. Строение металла или сплава, наблюдаемое при помощи микроскопа, называется микроструктурой.

Между микроструктурой металлов и их свойствами существует четкая связь. Микроанализ позволяет:

определить форму и размеры зерен;

определить форму, размеры, содержание и относительное расположение фаз;

выявить наличие имеющихся в металле неметаллических включений и микродефектов (микротрещины и микропоры).

Эта информация позволяет судить о свойствах металлов и сплавов, о предшествующей обработке этих материалов (литье, деформирование, термообработка и др.).

Микроанализу подвергают специально подготовленные образцы, называемые микрошлифами. Микрошлиф – это срез металла, отполированного до состояния зеркальной поверхности.

Микрошлифы готовят следующим образом.

Образец для микроанализа вырезают из того места, которое является наиболее важным в эксплуатационных условиях исследуемого металла. Наиболее удобны для работы образцы цилиндрической формы диаметром 10-12 мм и высотой 10-15 мм и прямоугольной формы с площадью основания 10 х 10 мм и высотой 10-15 мм;

Одну из плоскостей образца зачищают наждачным кругом; Полученную поверхность шлифуют наждачной бумагой различной зернистости;

Для получения зеркальной поверхности образец полируется на сукне или фетре, смоченном полирующей смесью;

Полученный микрошлиф промывается водой, а затем спиртом или бензином и просушивается фильтровальной бумагой.

Микрошлифы исследуются без травления или протравленными. В нетравленом шлифе можно наблюдать природу и характер расположения неметаллических включений: оксидов, сульфидов, графита, а также виды микродефектов – микротрещины, микропоры. Структура и ее особенности определяются на протравленных шлифах.

При травлении (например для сталей и чугунов раствором азотной кислоты в этиловом спирте) различные структуры разъедаются травлением с разной скоростью, поэтому образуется микрорельеф и его неровности создают сочетание света и тени: однородные структуры отражают больше света и видны светлыми, разнородные – темными (т.к. светлые лучи от них рассеиваются, не попадая в объектив). Максимальная неоднородность на границах зерен (где скопление примесей и искривлений кристаллической решетки), поэтому зерна резко очерчены, т.к. протравливаются сильнее.

Для исследования микроструктуры металлов и сплавов применяют металлографические микроскопы, которые позволяют рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете.

Рисунок 2.1. — Ход лучей в металлографическом микроскопе

Рисунок 2.2 — Схема определения цены деления окуляра-микрометра

Луч от источника света 6 (рисунок 2.1) преломляется призмой 4 и попадает через линзу объектива 3 на поверхность микрошлифа 2 и отражаясь от него опять через линзу объектива 3 через призму 5 в линзу окуляра 1 на которую обращен глаз исследователя.

Т.е. изображение точки объекта в микроскопе увеличивается дважды: объектив дает первое – промежуточное (Vоб.), окуляр – второе окончательное (Vок.). Следовательно общее увеличение микроскопа (Vм.) будет следующим:

Vм.=Vоб. х Vок. (2.1)

В современных конструкциях увеличение микроскопа доходит до 2000 раза.

Увеличение микроскопа можно определить при помощи объектив-микрометра и окуляр-микрометра. Объектив-микрометр представляет собой стеклянную или металлическую пластинку, на которой нанесена шкала длиной 1 мм, разделенная на 100 равных делений (цена деления 0,01 мм). Окуляр-микрометр в отличие от обычного окуляра имеет между линзами стеклянную пластинку со шкалой. Совмещая обе шкалы, определяют размер шкалы окуляра при данном объективе (рисунок 2.2) по формуле:

, (2.2)

где Цоб – цена деления шкалы объектива (0,01 мм); Т – число совмещенных делений объектива-микрометра; А – число совмещенных делений окуляр-микрометра.

С помощью окуляр-микрометра можно определить размеры зерен, протяженность какой-либо резко отличающийся структурной области.



По размерам природных зерен можно довольно точно сказать о механической прочности исследуемого металла. Чем крупнее зерно, тем ниже механическая прочность деталей.

Таким образом, работоспособность деталей зависит в первую очередь от размеров природного зерна.

Величина зерна определяется по шкале стандартных размеров (рисунок 2.3), где проставлены баллы – размеры зерна.

Рисунок 2.3 — Стандартная шкала размеров зерна

Работоспособность (качество) металла зависит от размеров природного зерна, а также от вида рабочей нагрузки на деталь (таблица 2.1).

Таблица 2.1 — Качество металла в зависимости от размера зерна и нагрузки

Размер зерна, балл

Средняя площадь зерна, мкм2

Вид нагрузки

статическая

циклическая

динамическая

1



64000

неуд.

неуд.

неуд.

2

32000

удов.

неуд.

неуд.

3

16000

удов.

неуд.

неуд.

4

8000

удов.

удов.

неуд.

5

4000

качеств.

удов.

удов.

6

2000

высококачеств.

качеств.

удов.

7

1000

высококачеств.

высококачеств.

качеств.

8

500

высококачеств.

высококачеств.

высококачеств.

Порядок выполнения работы

Изучить устройство металлографического микроскопа.

Изготовить микрошлиф, для чего плоскую поверхность образца шлифовать на наждачной шкурке, последовательно переходя от одной шкурки к другой с непрерывно уменьшающимися размерами абразивных частиц; при каждой смене шкурки поворачивать образец на 90 0. После окончания шлифования промыть образец и провести полирование образца для устранения рисок, оставшихся от воздействия абразивной шкурки. Протравить подготовленную поверхность микрошлифа.

С помощью объектив-микрометра определить цену деления окуляр-микрометра.

Исследовать микрошлиф на микроскопе для определения балла зерна.

Определить качество металла.



Вопросы к зачету

Что такое микроанализ?

Для чего служит микроанализ?

Что такое микрошлиф и как он готовится?

Как определяется общее увеличение микроскопа?

Как определяется цена деления окуляр-микрометра?

Каким образом размер зерна влияет на механическую прочность металла или сплава?

Отчет по лабораторной работе №2

МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы _____________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Что такое микроанализ?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Для чего служит микроанализ?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Что такое микрошлиф и как он готовится?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Как определяется общее увеличение микроскопа?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Как определяется цена деления окуляр-микрометра?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Каким образом размер зерна влияет на механическую прочность металла или сплава?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Определение цены деления окуляр — микрометра

с помощью объектив – микрометра

Схема определения

Расчетная формула

Результаты измерений

Общее увеличение микроскопа ………………………………….….________

Цена деления окуляр — микрометра …………………………………________

Размер балла зерна …………………………………………………________

Площадь зерна / мкм2/ ……………………………………………..________

Вывод __________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дата выполнения работы_____________ Ф.И.О. студента_______________