Изготовление образцов для металлографического исследования

ЛЕКЦИЯ 1

 ВВЕДЕНИЕ

Металлография - наука о структурных особенностях и фазовом составе металлов и сплавов в связи с их физическими и механическими свойствами во всем интервале температур. Для иссле­дования фазового состава и структуры металлов и сплавов в метал­лографии используются многочисленные методы, включающие обычную световую и ультрафиолетовую микроскопии (с исполь­зованием видимого и ультрафиолетового излучения), электрон­ную и рентгеновскую микроскопии, электронную, рентгенов­скую и нейтронную дифракции, электронно-зондовый микро­анализ и т. п. Основной целью металлографических исследований является определение отдельных структурных составляющих и общего характера микроструктуры металлов и сплавов.

Для решения практических задач металлографии необходимо знание структуры сплавов в широком смысле этого слова, атомного строения фаз, составляющих сплав, а также распределения, размера и формы кристаллов каждой фазы.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Предпосылкой для всех металлографических исследований является изготовление образцов (шлифов), которые могут быть использованы для микроскопического исследования с помощью светового и электронного микроскопов, для определения микро­твердости, а также количественного измерения структурных составляющих и электронно-зондового микроанализа. Процесс изготовления шлифов включает операции шлифовки и полиров­ки, основные принципы которых до сих пор еще недостаточно изучены. В связи с этим приготовление металлографических об­разцов, как и в первых исследованиях этого рода, до сих пор все еще остается по существу искусством. Правильное изготовление шлифов имеет чрезвычайно важное значение, поскольку от этого зависит правильность толкования микроструктур. Если шлифы приготовлены неправильно, ошибочное толкование микрострук­туры почти всегда неизбежно. Нельзя заранее предложить опти­мальную методику изготовления шлифа, и ни одну из разрабо­танных методик нельзя считать оптимальной. Фактически каж­дый препаратор, основываясь в большей или меньшей степени на своей практике, разрабатывает специфическую методику изготов­ления шлифов, дающую удовлетворительные результаты.

Основным моментом при изготовлении металлографических шлифов, о котором необходимо помнить, является предотвращение повреждения поверхности шлифа, за­ключающегося в изменении микроструктуры поверхностного слоя материала в результате деформации или нагрева. Повреждение поверхности образца может произойти во время любой операции при изготовлении шлифа, за исключением тех случаев, когда операция предназначена специально для устранения такого по­вреждения. Целью всех стадий изготовления шлифа является пос­ледовательное создание поверхности требуемого качества. Таким образом, каждая следующая стадия процесса проводится с целью удаления повреждения поверхности, внесенного предыдущей об­работкой; в свою очередь она должна вызывать минимальное повреждение поверхности, которое будет удалено на последую­щих стадиях.

Повреждение поверхности, особенно связанное с деформацией материала, создается главным образом при резке и шлифовке. Вид повреждения и глубина деформированного слоя зависят от метода резки или шлифовки; глубина деформированного слоя может в 5 раз превышать глубину царапины, созданной зерном абразива.

Хорошо приготовленный металлографический шлиф должен отвечать ряду требований. Прежде всего он должен быть типич­ным («репрезентативным») для данного материала образцом; вырезка, шлифование и полировка образца должны осуществ­ляться таким образом, чтобы на его поверхности оставался ми­нимальный слой искаженного и деформированного металла (это необходимо для выявления истинной микроструктуры материала после травления). Кроме того, на поверхности шлифа не должно наблюдаться полировочных царапин и ямок, а также пятен, воз­никших в результате взаимодействия с жидкостями. В дополне­ние к сказанному укажем на требование сохранить неповрежден­ными после полировки неметаллические включения и, наконец, на необходимость изготовлять шлиф достаточно плоским, чтобы его можно было рассматривать при больших увеличениях.

Изготовление металлографических шлифов обычно состоит из пяти основных операций: 1) вырезки образца, 2) его закрепления (необязательно), 3) шлифовки, 4) полировки и 5) травления.

Вырезка образцов

Металлографический образец часто отбирается от большого объема материала. Выбор места вырезки образца диктуется целью металлографического исследования. Например, если необходимо определить природу дефекта в металле, то образец вырезается таким образом, чтобы плоскость шлифа пересекла этот дефект. Для изучения деформации в кованых материалах обычно необ­ходимо отобрать два образца: плоскость шлифа одного из них должна быть перпендикулярна, а другого — параллельна глав­ной оси деформации. Причины разрушений могут быть лучше изучены, если образцы вырезаются таким образом, что плоскость шлифа пересекает очаг разрушения (если этот очаг можно обна­ружить в изломе). Однако за исследователем остается право ре­шать, вырезать ли образец таким образом, чтобы плоскость шли­фа пересекала очаг разрушения (или дефект), и уже затем при­ступать к изготовлению шлифа или же вырезать образец так, чтобы плоскость шлифа располагалась на некотором отдалении от очага разрушения и затем осторожно последовательным шлифованием выводить очаг разрушения в плоскость шлифа. Для обыч­ного металлографического исследования при выборе наиболее подходящего места вырезки образца необходимо лишь помнить, что образец должен давать истинное представление о микрострук­туре изучаемого материала.