Подготовка металлографических шлифов к исследованию микроструктуры

УДК 621.922.1.001

С. Ж. Ташенов, К. К. Тугумов, А. С. Ерёменко, А. И. Жидкова, Н. К. Кулумбаев

Павлодарский государственный университет имени С. Торайгыровa, г. Павлодар

ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ШЛИФОВ К ИССЛЕДОВАНИЮ МИКРОСТРУКТУРЫ

В статье описаны этапы подготовительных работ для проведения исследований структуры металлов и сплавов.

Ключевые слова: металлографических шлифов, микроструктура, микроанализ, оборудование, структура материала.

Для того, чтобы получить представление о структуре конкретного металлоизделия, необходимо правильно выбрать место вырезки образца для микроскопического анализа.

Микроскопический анализ заключается в исследовании структуры материалов при больших увеличениях с помощью микроскопа. Микроанализ выявляет структуры сплавов в неравновесном состоянии. Шлифы образцов из стали перед микроскопическим исследованием протравливают 1 мин в 4% растворе азотной кислоты. Поверхность образца подвергают специальной обработке. При этом необходимо получить приблизительную плоскую поверхность. Для получения качественной поверхности микрошлифа при шлифовании последовательно переходят от одной шкурки к другой с непрерывно уменьшающимися размерами абразивных частиц. Шлифование — механическая или ручная операция по обработке твёрдого материала. Механическое шлифование обычно используется для обработки твёрдых и хрупких материалов, а также для достижения наименьшей шероховатости поверхности образца [1, с. 26].

Для охлаждения обычно используют смазочно-охлаждающие жидкости. При этом при каждой смене шлиф поворачивают на 90°. После шлифования поверхности образца следует полирование, которое должно устранить риски, оставшиеся от воздействия абразивных частиц. Полированием удаляют оставшиеся после тонкого шлифования мелкие дефекты поверхности, риски и т.п. Следующий этап обработки образца «травление». Травление — группа технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием специально подбираемых химических реактивов [2, с. 8].

Процесс травления включает в себя:

1. подготовку поверхности (например, механические шлифовка и полировка, обезжиривание);

2. взаимодействие травителя или электролита (растворы кислот, растворы и расплавы солей и щелочей, другие органические и неорганические жидкости, плазма) с обрабатываемым материалом;

3. очистку поверхности от травителя и продуктов травления (как правило, это отмывка каким либо растворителем).

Процесс травления может сопровождаться газовыделением. В частности, кислотное травление металлов часто сопровождается выделением водорода, что требует применения особых мер безопасности[3, с.36].

Макроскопический анализ также часто позволяет судить о качестве металла и определять условия предшествующей обработки, влияющие на сплошность металла и особенности его строения после затвердевания при литье, а также характер и качество последующей обработки[4, с.87]. Контроль структуры - основной вид испытаний для определения качества стали и обнаружения разнообразных металлургических дефектов. Макроструктуру контролируют на поперечных или продольных шлифах и изломах. Этот способ позволяет оценить все сечение заготовок и благодаря травлению выявить крупные и мелкие дефекты (включая ликвационные) и особенности структуры. Оценка макроструктуры литых заготовок, поковок и проката производится по ГОСТ 10243 и ОСТ 14-235-91. [5, с.234].

Темплеты для поперечных шлифов и продольных изломов обычно вырезают перпендикулярно направлению прокатки или ковки, для продольных шлифов -параллельно направлению прокатки, ковки, при этом плоскость шлифа должна совпадать или быть близкой к оси контролируемого прутка. Поверхность темплетов перед травлением подвергается торцеванию, строганию, шлифованию. Поперечные шлифы оценивают путем сравнения с фотоэталонами шкал или отдельных дефектов. В стандарте также приведены фотоэталоны макроструктуры с такими дефектами, как пузыри, корки, флокены, черновины, трещины и др. [6, с. 126].

Шлифованные образцы протравливают 3 мин в 50 %-ном растворе соляной кислоты при 80°С. Закаленный слой имеет более темную окраску. Для поверхностного травления стальных шлифов используется реактив Гейна следующего состава: -53 г, СиС12 -85г, Н20 -1000 мл, 1=20°С; т=1 мин.

Микроскопический анализ заключается в исследовании структуры материалов (фаз, их количества, формы и распределения по объему заготовки) при больших увеличениях с помощью микроскопа. Чистые металлы и однофазные сплавы (твердые растворы) в литом состоянии имеют характерную дендритную структуру, а после пластической деформации и отжига, приводящего металла в равновесное состояние структура состоит из сравнительно одинаковых по форме зерен (равноосных полиэдров) [7, с.348].

В лаборатории кафедры металлургии нами были подготовлены образцы металлографических шлифов к исследованию микроструктуры металла. Поверхность образца подвергали специальной слесарной обработке для получения приблизительно плоской поверхности. Для получения качественной поверхности микрошлифа при шлифовании последовательно переходили от одной шкурки к другой и т. д. с непрерывно уменьшающимися размерами абразивных частиц. При этом при каждой смене шкурки шлиф поворачивали на 90°.

После шлифования поверхности образца следует полирование, которое должно устранить риски, оставшиеся от воздействия абразивных частиц. Полированием удаляли оставшиеся после тонкого шлифования мелкие дефекты поверхности, риски и т. п. После полирования микрошлиф промывали водой, затем спиртом и просушивали фильтровальной бумагой.

На рисунке 1 представлен образец металлографического шлифа арматурного проката периодического профиля, подготовленного к исследованию микроструктуры.

Рисунок 1 - Общий вид образца, поперечный темплет, сталь 35 ГС

Однако, процесс изготовления шлифов ручным способом является трудоемким и занимает много времени. Для подготовки одного шлифа затраты времени составляют не менее 2 часов.

К сожалению, наша лабораторная база не имеет оборудования для механического получения шлифов, которое позволяет ускорить этот процесс и увеличить объем металлографических исследований.

Специализированное оборудование для получения металлографических шлифов существует, однако является дорогостоящим и при учебных исследованиях не окупится. Эту проблему можно решить проектированием и собственным изготовлением машины для получения металлографических шлифов. Предполагаемое оборудование позволит увеличить объем научно-исследовательской работы преподавателей и студентов в нашем университете при исследования микроструктуры материалов за счет сокращения времени на изготовление одного металлографического шлифа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Геллер, Ю. А., Рахштадт, А. Г. Материаловедение. - М. : Металлургия, 1983. - 256 с.

2 Способы металлографического травления: Справочное издание. : Пер. с нем./ Беккерт М., Клемм Х. - 2-е изд., перераб. доп. - М. : Металлургия, 1988. - 400 с.

3 Ямпольский, А. М. Травление металлов - М. -Л. : Машиностроение, 1964 . - 112 с.

4 Канаев, А. Т., Решоткина, Е. Н., Богомолов, А. В. Исследование дефектов и термическое упрочнение арматурного проката из непрерывнолитых заштовок.//«Сталь». - №6. - М. : 2010 - с. 87-91.

5 Самохоцкий, А. И., Кунявский, М. Н. и др. Металловедение - М. : Металлургия, 1990 - 416 с.

6 Богомолова, Н. В. Практическая металлография - М. : Металлургия, 1986. - 230 с.

7 Смагулов, Д. ¥. Металлография - Алматы ^аз¥ТУ, 2007. - 376 б.

Материал поступил в редакцию 15.12.14.

С. Ж. Ташенов, К. К. Тугумов, А. С. Ерёменко, А. И. Жидкова, Н. К. Кулумбаев

Металлографикалык ысылмалардын микрокурылымдарын зерттеуге дайындык

С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.

Материал 15.12.14 баспаFа тYстi.

S. J. Taschen, K. K. Tugumov, A. S. Eremenko, A. I. Zhidkova, N. K. Kulumbaev

Preparation of a metallographic grinder to research microstructure

S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.

Material received on 15.12.14.

Мащлада металдар мен балцымалардыц курылымдарын зерттеу ушш дайындыц жумыстарыныц сатылары сипатталган.

The article describes the stapes of the prepations studies of the metals and alloys structure.

ЭОЖ 624.131.34

Д. Ж. Темирболатов, А. Б. Ергибаев, Ж. Ц. Кожамжаров

C. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.

ЖАЦА ЗАМАНДЫ Б¥Р€ЫЛАРЫ

Макрлада буреыныц куурастырылымдылыц ерекшелжтерт тесжтщ дэлдтн арттыру ушт сипаттамалары усынылган.

Кiлттi свздер: буреы, цилиндрлк бшк, кескш, металл, металкестм аспаптар.

БYрFы - материалдыц тутас кабатында осьлк берю козFалысымен жэне кесу айналмалы козFалысымен тесжл тесуге арналFан кесюш аспап. Сонымен катар