Изучение неметаллических включений

Изучение микроструктуры целесообразно начинать с рассмотрения микрошлифа «в нетравленом виде», т. е. непосредственно после полирования, промывки и высушивания. Под микроскопом такой шлиф имеет вид светлого круга, на котором часто можно заметить темные участки (серые или черные), а иногда желтые или другого цвета, обычно небольших размеров. Эти участки являются следами неметаллических включений; в некоторых сплавах такие участки могут быть структурными составляющими, характерными для данного сплава.

Неметаллические включения могут попасть из исходных шихтовых материалов, а также во время плавки в результате процессов окисления, раскисления, обессеривания и т. д. Большая часть из них является оксидами, сульфидами, нитридами, силикатами, не отделившимися от металла при плавке, разливке и застывании, а также оставшиеся в металле частички шлака, огнеупорных материалов печи или разливочных устройств.

Вследствие хрупкости неметаллические включения могут полностью выкрашиваться при шлифовании и неосторожном полировании; поэтому на поверхности шлифа получаются углубления, кажущиеся темными, так как на них падает тень от соседних выступающих участков. Однако в этом случае трудно судить о размерах и количестве включении, так как одновременно с выкрашиванием неметаллических включений может происходить также и выкрашивание частиц металлической основы. При осторожном полировании происходит лишь незначительное выкрашивание или несколько более заметное истирание неметаллических включений, что уже достаточно для обнаруживания их под микроскопом вследствие иного, чем у металлической основы, коэффициента отражения. Для характеристики неметаллических включений целесообразно применять в микроскопе поляризованный свет.

Для стали разработаны методы выявления природы неметаллических включений (травление различными реактивами и наблюдение за протравливаемостью и окраской) и оценки количества включений, если последние не выкрашивались при полировании.

Для общей характеристики стали по степени загрязнения ее неметаллическими включениями применяется шкала баллов (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Шкала баллов для неметаллических включений стали (ГОСТ 1778-70)

Оксиды, сульфиды и силикаты рассмотрены до травления; карбиды − после травления, 100^×

Порядок выполнения работы

1. Используя литературные данные, познакомиться с влиянием микроструктуры на механические свойства металлов и сплавов.

2. Познакомиться с процессом приготовления микрошлифа.

3. Ознакомиться с устройством металлографического микроскопа, принципом его работы.

4. Определить балл по загрязненности неметаллическими включениями на образцах стали 10пс по ГОСТ 1778-70.

5. Определить балл зерна на образцах стали 08кп по ГОСТ 5639-65.

6. Определить величину обезуглероженного слоя на образцах стали У12А по ГОСТ 1763-68.

7. Ответить на индивидуальный вопрос.

8. Составить отчет.

 

Методические указания

Первое, второе и частично третье задания студенты выполняют в порядке подготовки к работе.

При выполнении первого задания следует обратить внимание на то, что большинство металлов и сплавов в технике применяются как поликристаллы. Области соприкосновения отдельных зерен являются границами, которые оказывают существенное влияние на свойства металлов. Кроме того, на свойства материалов существенное влияние оказывают форма и размер зерна, неоднородность структуры, форма и размер неметаллических включений.

При выполнении второго задания следует обратить внимание на последовательность выполнения операций изготовления микрошлифа, способы полирования и способы выявления микроструктуры. Необходимо уметь объяснить, почему границы зерен чистых металлов становятся видимыми под микроскопом после травления.

При изучении металлографического микроскопа обратить особое внимание на его основные характеристики, такие как: максимальное увеличение, разрешающая способность, принципиальная оптическая схема микроскопа. Знать основные узлы и механизмы микроскопа, уметь настраивать микроскоп на четкое изображение микроструктуры.

Задания четвертое, пятое и шестое выполняются по бригадам на микроскопах МИМ-7 при 100^× увеличении.

Установить полированный шлиф стали 10сп на предметный столик микроскопа, навести на четкое изображение и зарисовать распределение и количество неметаллических включений по ГОСТ 1778-70.

Установить микрошлиф стали 08кп на предметный столик микроскопа, рассмотреть и зарисовать видимое зерно, поставить соответствующий балл по ГОСТ 5639-65.

Установить микрошлиф стали У12А, при увеличении микроскопа 100^× определить величину обезуглероженного слоя (мм).

Зарисовать схематично обезуглероженный слой объяснить при каких условиях образуется этот слой и как влияет на свойства металла.

Описать видимую микроструктуру, объяснить механизм выявления микроструктуры травлением, а также то, почему зерна чистого металла под микроскопом имеют разную окраску (одни совершенно светлые, а другие несколько темнее).

Содержание отчета

1. Название работы, цель.

2. Схема хода лучей в металлографическом микроскопе.

3. Рисунок микроструктуры потравленного шлифа с указанием в нем наличия неметаллических включений.

4. Схема обезуглероженной стали.

5. Рисунок зерна в исследуемом образце.

6. Ответ на индивидуальный вопрос.

2.6. Контрольные вопросы

1. Задачи и область применения микроанализа.

2. Методика приготовления микрошлифов.

3. Механизм выявления микроструктуры.

4. Что собой представляют границы зерен?

5. Реактивы для травления стали.

6. Форма зерна в металле.

7. Оценка размера зерна.

8. Влияние размера зерна на механические свойства металлов.

9. Влияние формы неметаллических включений на свойства металла.

10. Влияние размеров неметаллических включений на свойства металлов.

11. Максимальное увеличение металлографического микроскопа.

12. Принципиальная оптическая схема микроскопа.

13. На чем основаны физические методы исследования металлов?

14. На чем основан рентгеноструктурный анализ?

15. Какова цель исследования металлов?

16. Что такое разрешающая способность микроскопа?

17. Недостаток механической полировки?

18. Что такое микроструктура металлов?

19. Как приготовить образец металла для микроанализа?

20. Достоинство электролитического полирования?

21. Что такое макроструктура металлов?

22. Как подготовить образец для макроанализа?

23. Как выглядит в микроскопе недотравленный шлиф металла?

 

Литература

1. Материаловедение: учебник для вузов / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. − 648 с.

2. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. − М.: Металлургия, 1975. − 447 с.

3. Основы материаловедения. Под ред. Сидорина И. И. − M., I976.

4. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. − М., 1976.

5. Гуляев А. П. Металловедение. − М., 1977.

6. Блантер М. Б. Металловедение и техническая обработка. − M., 1963.

Приложение 1

Травление микрошлифов