Лабораторная работа "Методика приготовления микрошлифа"

Тема: «Металлы и сплавы».

Лабораторная работа

Методика приготовления микрошлифа

Цель работы:

1.Формирование навыков и умений использования физико-химических методов исследования металлов;

2.освоение приемов приготовления микрошлифов, ознакомление с устройством  металлографического микроскопа.

3.Приобретение знаний основных свойств материалов, использующихся   в профессиональной деятельности;

Инструменты и принадлежности:

1.Реактивы для травления макрошлифов. Спирт. Вода.

2.Резиновые перчатки, салфетки.

3.Макрошлифы.

4.Напильники

5. Фарфоровые чашки для травления.

6. Щипцы.

  Порядок выполнения работы:

1.     Изучить теоретическую часть.

2.     Ответить на контрольные вопросы.

3.     Подготовить макрошлифы.

4.     Отшлифовать вырезанный образец.

5.     Отполировать вырезанный образец

6.      Протравить приготовленный шлиф реактивом, выбранным по табл. 1.

7.     Заполнить таблицы отчета.

8.     Выводы.

      Техника безопасности при выполнении работы.

1.     Травление выполнять под вытяжкой.

2.     Пользоваться резиновыми перчатками.

3.     Не прикасаться к реактивам и посуде для них без резиновых перчаток.

Теоретическая часть

1. Металлографические шлифы.

Большинство свойств материалов зависит от их строения. Исследование внутреннего строения металлов и сплавов с помощью микроскопа при больших увеличениях называется микроанализом металлов.

Внутреннее строение, видимое при больших увеличениях с помощью микроскопа, называется микроструктурой.

 Изучение микроструктуры позволяет выявить построение металлов и сплавов из большого числа зерен (кристаллов), их форму, размеры и взаимное расположение. Также можно выявить частицы неметаллических включений, различные фазы в металле, микродефекты (раковины, мелкие трещины) и дефекты кристаллического строения (например дислокации). По микроструктуре можно судить о характере и качестве термической обработки, сварки, литья и др.

 Изучение микроструктуры производят на микрошлифах.

 Микрошлиф – это специально подготовленный образец металла или сплава. Размеры шлифов указаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Металлографические шлифы

 Изготовление металлографических шлифов состоит из вырезания образца, шлифовки и полировки.

2.Получение плоской поверхности

На вырезанном образце выравнивают поверхность, которая предназначена для микроанализа. Получение плоской поверхности, т.е. грубая шлифовка достигается:

 -опиливанием напильником (если материал мягкий). Напильники выбирают по таблице 1

 -заточкой на абразивном круге (если материал твердый).

Таблица1. Напильники общего назначения.

Тип напильника	№ № насечек	Припуск,мм	Точность обработки, мм	Виды выполняемых работ
Драчевый	0; 1	0,5 - 1	0,2 – 0,5	для грубого опиливания.
Личной	2; 3	0,1 – 0,3	0,02 – 0,15	для чистого опиливания.
Бархатный	4; 5	0,02 – 0,05	0,01 – 0,05	для окончательной обработки и доводки поверхностей.

 Полученную плоскую поверхность образца шлифуют на шлифовальной (наждачной) шкурке с зернами различных размеров (номеров)

3.Шлифование

Шлифование начинают на шкурке с более крупным абразивным зерном, затем постепенно переходят на шлифование шкуркой с более мелким абразивным зерном.Зернистость шкурки выбирают из таблицы 2.

Шлифуют вручную на шкурке, положенной на толстое стекло, или на специальных шлифовальных станках. При шлифовании вручную образец подготовленной плоскостью прижимают рукой к шлифовальной шкурке и водят им по бумаге в направлении, перпендикулярном к рискам, полученным после опиливания напильником.

При замене шкурки одного размера зернистости другим образец вытирают ватой и поворачивают на 90°, чтобы риски при последующей обработке получались перпендикулярными к рискам от предыдущей обработки.

        Таблица 2

Шлифовку проводят на 4−5 номерах шлифовальной бумаги, которые выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала.

Можно шлифовать также специальными пастами, нанесенными на небольшие листы чертежной бумаги.

4.Полирование

После окончания шлифования на шлифовальной шкурке самой мелкой зернистости полированием удаляют риски и обрабатываемая поверхность образца получается блестяще зеркальной. Полировать можно механическим и электролитическим способами.

Механическое полирование производят на специальном полировальном станке, обтянутым сукном или фетром. Сукно смачивают полировальной жидкостью.

Полировальными составами являются:

 -взвешенные в воде мелкие порошки окиси алюминия (глинозем),

 -окись хрома, окись железа (крокус)

 -окись магния (магнезия).

Чаще для полирования применяются окись хрома и окись алюминия. Полировальную жидкость составляют в следующей пропорции: на 1 литр воды 10-15 граммов окиси хрома или 5 граммов окиси алюминия.

После полирования образец промывают водой; полированную поверхность протирают ватой, смоченной спиртом, а затем просушивают прикладыванием фильтровальной бумаги или легким протиранием сухой ватой.

Чтобы предохранить полированную поверхность от окисления, образцы хранят в эксикаторе с хлористым кальцием.

5.Травление

Для выявления микроструктуры полированную поверхность образца подвергают травлению, т. е. действию растворов кислот, щелочей, солей. Состав травителя выбирают по таблице 3.

Таблица 3. Травители и режимы для выявления микроструктуры некоторых
 металлов и сплавов

Состав травителя	Способ  употребления	Область применения
Ниталь: азотная кислота – 1-5 мл; этиловый (или метиловый) спирт – 100 мл	Химическое травление от нескольких секунд до 1-2 мин	Для травления железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов)
Хлорное железо – 5 г; соляная кислота – 10 мл; вода – 85 мл	Химическое травление в течение 3-10 с	Для выявления микроструктуры медных сплавов
5-20%-ый раствор NaOH в воде или в метиловом спирте	Химическое травление	Для выявления микроструктуры алюминия и его сплавов

При травлении неоднородные участки металла или сплава становятся видимыми под микроскопом.

Продолжительность травления зависит от марки стали и структуры, но обычно достаточна выдержка в несколько секунд.

Признаком протравливания является потускнение поверхности. После травления микрошлиф промывают водой, протирают ватой, смоченной спиртом, а затем просушивают прикладыванием фильтровальной бумаги или легким протиранием сухой ватой.

В результате травления должно быть четкое выявление микроструктуры.

6.Металлографический микроскоп.

После изготовления микрошлифа необходимо исследовать его микроструктуру с помощью оптического микроскопа.

Металлографический микроскоп – это оптический прибор, позволяющий рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете. Он состоит из оптической системы, осветительного устройства и механической системы.

Качество микроскопа характеризуется возможным увеличением, совершенством изображения, разрешающей способностью микроскопа.

1-предметный столик

               2-винты перемещения столика

        3-макрометрический винт

         4- микрометрический винт

Рисунок 2. Общий   вид  микроскопа МИМ-7

Шлиф устанавливают на предметный горизонтальный столик 1, который можно передвигать в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных плоскостях с помощью винтов 2, что позволяет просматривать микроструктуру в различных участках шлифа. Для получения четкого изображения шлиф наводят на фокус при помощи макрометрического винта 3. Точное фокусирование достигается микрометрическим винтом 4.

По устройству различают микроскопы вертикальные и горизонтальные.

Наиболее широко для металлографических исследований используют вертикальные микроскопы МИМ-7 и ММР-4 и горизонтальный микроскоп МИМ-8.

Контрольные вопросы

1. Зависят ли свойства сплавов от их строения?

2. Что называется микроструктурой?

3. Что называется микрошлифом?

      4. Назовите этапы приготовления микрошлифа

5. О чем можно судить по микроструктуре материала?

6. Что называется окуляром?

7.Чем характеризуется качество микроскопа?

8.Какие различают по устройству микроскопы?

Таблица отчёта

№ образца	Марка стали	Напильник		№ зернистости  шкурки	Состав травителя	Состав полировальной жидкости	Рисунок микрошлифа с размерами
		для грубого опиливания.
		для чистого опиливания

Литература:

1.Геллер Ю.А. ,Рахштадт А.Г. Материаловедение,  М., Металургия.1980. 447с.

2.Лахтин Ю.М. ,Леонтьев В.П .Материаловедение, .М.,Машиностроение,1980,405с

3.Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов.М.Машиностроение, 1981, 173с.

4.Паисов И.В. Пособие к лабораторным работам по материаловедению и термический обработки металлов,М.,Металлургия, 1968, 95с.