Мета роботи. 1.1 Ознайомитись з будовою та принципом роботи мета-графічного мікроскопа
1.1 Ознайомитись з будовою та принципом роботи мета-графічного мікроскопа. 1.2 Засвоїти методику приготування шліфів для мікроаналізу. 2 Технічні засоби навчання
2.1 Металомікроскоп. 2.2 Оптична схема металомікроскопа. 2.3 Заготовки для виготовлення шліфів і травники для виявлення мікроструктури. 2.4 Набір шліфувально-полірувального матеріалу для виготовлення шліфів. 3 Методичні вказівки до самостійної роботи
Опрацювати за підручником і конспектом лекцій з курсу " Матеріалознавство" суть металографічного аналізу з допомогою металомікроскопів. Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) – вивчення внутрішньої будови металів (мікроструктури) за допомогою оптичного мікроскопа при збільшенні від 50 до 2000 разів. Мікроаналіз дає можливість вивчити форму та розміри окремих зерен і фаз, з яких складається метал, виявити в металі неметалеві включення та мікродефекти, а також виявити зміни внутрішньої будови, які відбулись під впливом різних факторів при термічній і хіміко-термічній обробці. Мікроаналіз широко використовують для встановлення причин руйнування деталей при експлуатації. Для цього вирізують зразки біля місця руйнування і на віддалі від нього, і досліджують зміни в структурі металу. Звернути увагу на принцип роботи металомікроскопа. Дослідження з його допомогою проводять у відбитих променях, тобто зразок повинен не просвічуватись світловим промінням. За допомогою поворотних і відбиваючих призм зображення мікроструктури виводиться в окуляр для візуального спостереження або у фотоокуляр для фотографування. При візуальному спостереженні рекомендується застосовувати жовто-зелені фільтри, які є найбільш чутливими для людського ока. Конструкцію металомікроскопа розділяють на три системи: оптичну, освітлення і механічну. В оптичну систему входять такі важливі елементи, як об'єктив та окуляр від яких, власне, і залежить збільшення металомікроскопа. Компонуючи об'єктив і окуляр, можна досягти збільшення до 1500 раз, а із застосуванням імерсійного масла - до 2000 раз. Об'єктив являє собою систему лінз, що розміщені в одній оправі і обернені до об'єкту дослідження. Він дає обернене збільшене дійсне зображення об'єкту. Об'єктиви випускають двох типів: ахроматичні і апохроматичні. Перші використовують при малих, а другі - при великих збільшеннях. Окуляр - це система лінз, розміщених в одній оправі і повернута до ока спостерігача. Окуляр виправляє оптичні дефекти і дає уявне збільшене зображення, отримане об'єктивом. Корисне збільшення мікроскопа М залежить від збільшення об’єктива, при якому виявляються деталі предмету вивчення. Воно визначається за формулою:
де d1 - віддаль, що відповідає роздільній здатності людського ока, рівна 0, 2-0, 3 мм; d - віддаль, що відповідає роздільній здатності оптичної системи. Природно, що чим менше d, тим більше корисне збільшення мікроскопа. Величина, обернена мінімальній віддалі між двома точками, при якій ці точки розглядаються окремо (не зливаються в одне ціле), називається роздільною здатністю. Ще однією із основних характеристик металомікроскопа є числова апертура об’єктива. Вона впливає на чіткість зображення і визначає роздільну здатність мікроскопа і входить у формулу, за якою визначають роздільну здатність оптичної системи:
де λ - довжина світлової хвилі (для звичайного білого світла 6000 Å); n - коефіцієнт заломлення середовища між об'єктивом мікроскопа і шліфом (для повітря n = 1); α - половина розкритого кута, який створюється пучком променів, що входять в об’єктив (α мах = 70°). Добуток n·sinα називають числовою апертурою об’єктива і позначають літерою А. Отже, максимальне збільшення оптичного мікроскопа, в якому використовуються видимі промені світла із довжиною хвилі приблизно 60 мкм, буде при максимальному значенні опертури А, що відповідає мінімальному значенню α, тобто
Тоді корисне збільшення мікроскопа:
Оптична схема металомікроскопа подана на рисунку 3.1.
Рисунок 3.1 – Оптична схема металомікроскопа МИМ-7
Мікрошліф 13 розміщують на предметному столику мікроскопа полірованою поверхнею вниз, яка освітлюється світловими променями знизу. Світлові промені від джерела світла 1 проходять через колектор 2, відбиваються від дзеркала 3, проходять через світлофільтр 4 і апертурну діафрагму 5, лінзу 6, фотозатвор 7, поясову діафрагму 8, пентапризму 9, лінзу 10 і попадають на напівпрозору відбиваючу пластину 11. Від цієї пластини світлові промені направляються в об'єктив 12 і на об'єкт дослідження (мікрошліф) 13. Відбившись від мікрошліфа, промені попадають знову в об'єктив 12, проходять через відбиваючу пластину 11 і ахроматичну лінзу 14. Дзеркалом 15 направляють в окуляр 16 для візуального спостереження. Для фотографування дзеркало 15 відводиться в сторону (виключається із оптичної схеми) і світлові промені проходять через фотоокуляр 17, відбиваються дзеркалом 18 і попадають на фотопластинку 19. Мікроаналіз проводять на мікрошліфах. Мікрошліф – це зразок, який вирізують з досліджуваної деталі або заготовки з плоскою відшліфованою, відполірованою та протравленою поверхнею. Мікрошліф виготовляють таким чином. З тієї частини деталі або заготовки, яка для конкретного дослідження становить найбільший інтерес вирізують зразок. Для проведення досліджень найзручнішим є мікрошліф у вигляді циліндра 10 мм і висотою 10-15 мм або у вигляді куба із стороною 10 мм. Вирізування зразка із заготовки або деталі проводиться на металорізальних верстатах, механічною або ручною пилкою по металу, а з матеріалу після термообробки – відрізним наждачним кругом. Щоб не спричинити суттєвих змін у будові металу, потрібно уникати значного нагріву зразка під час вирізування. За допомогою напильника або наждачного круга вирівнюють поверхню призначену для мікроаналізу. Для запобігання термічного впливу на внутрішню будову зразків під час шліфування на абразивному крузі необхідно застосовувати інтенсивне охолодження. У випадку, коли зразки мають невеликі розміри або складний профіль поверхні їх заливають в оправках легкоплавкими матеріалами (сірка, сплав Вуда, пластмаса, тощо) або затискають в спеціальних струбцинках. Щоб не пошкодити дифузійний шар, одержаний хіміко-термічною обробкою, при виготовленні шліфа, між шліфом і стінкою струбцинки кладуть тонку м’ягку мідну прокладку. Після повного вирівнювання зразка на наждачному крузі проводять шліфування на шліфувальних паперах з різною зернистістю абразива механічним способом або вручну. Шліфування проводять на шліфувальних паперах з поступовим переходом від паперу з розміром абразивних частинок 120-100 мкм до паперу з зернистістю абразива 20-14 мкм. При переході від паперу одного розміру зернистості до іншого необхідно очищувати зразок від абразива та змінювати напрям шліфування на 90о. На кожному послідуючому папері шліфують до зникнення рисок від попереднього паперу. Шліфувальний папір під час шліфування рекомендується класти на скло або іншу тверду підкладку. Після закінчення шліфування зразок промивають водою і просушують фільтрувальним папером. На фетр або сукно наносять алмазну пасту розміром абразивних частинок 3-1 мкм і зразок полірують. Полірування виконують механічним спрособом або вручну. Полірування вважається закінченим тоді, коли з поверхні шліфа зникають усі риски і вона набуває дзеркального блиску. Крім механічного полірування використовують електролітичне. Електролітичне полірування використовують для чистих металів і однофазних сплавів. Для виявлення мікроструктури зразок піддають травленню. Травлення проводять хімічними реактивами, серед яких найбільш часто використовують слабкі спиртові розчини кислот та суміші різних кислот. Залізовуглецеві сплави протравлюють в 3-5%-му розчині азотної кислоти в спирті. Відполіровану і промиту поверхню зразка протирають ваткою змоченою спиртом. На підготовлену поверхню піпеткою наносять травник. Коли відполірована поверхня стає легко матовою, шліф промивають водою, потім спиртом і висушують фільтрувальним папером або потоком підігрітого повітря. Тривалість травлення залежить від хімічного складу матеріалу шліфа і складу травника і встановлюється експериментально.
4 Завдання і порядок виконання роботи та оформлення звіту
4.1 Користуючись шліфувально-полірувальним набором приготовити мікрошліф. 4.2 Проглянути під металомікроскопом непротравлений шліф. 4.3 Протравити мікрошліф (виявити мікроструктуру). 4.4 Проглянути мікроструктуру під металомікроскопом і зарисувати її в зошит. 4.5 Зарисувати оптичну схему металомікроскопа. 4.6 Визначити збільшення при якому велось вивчення шліфа під мікроскопом 4.7 Відповісти на контрольні запитання. 5 Контрольні запитання
5.1 Принцип роботи металомікроскопа МИМ-7. 5.2 Які задачі вирішуються з допомогою металомікроскопа? 5.3 В чому полягає суть виявлення мікроструктури металу чи сплаву при застосуванні МИМ-7? Робота №4
Визначення твердості металів
|
,
,
