Техника механического приготовления шлифов

Шлифом называют специальным образом приготовленную для исследования одну из плоскостей небольшого размера образца из исследуемого материала. Наиболее удобной формой образцов для работы и получения качественного шлифа является цилиндр диаметром и высотой около 15 мм или кубик (параллелепипед) с линейными размерами 10х15х15 мм.

Процесс приготовления шлифов включает: вырезку образцов из материала, подлежащего исследованию; предварительное (подготовительное) шлифование поверхности, предназначенной для исследования, и последующее полирование.

Вырезка образцов. Образец для приготовления шлифа следует вырезать без нагрева (лучше механическим способом) в таком месте заготовки или изделия, которое характеризовало бы строение металла не только того участка, из которого вырезан образец, но и всего объема металла. Сторону образца, предназначенную для приготовления шлифа, после вырезки образца опиливают напильником или заторцовывают на заточных станках для создания ровной поверхности.

Шлифование поверхности образца для приготовления шлифа. Плоскость образца шлифуют вручную или на специальных станках. В настоящей лабораторной работе предусматривается только ручное шлифование. Для получения поверхности шлифа ровной и плоской абразивное шлифовальное полотно (бумагу) следует положить на толстое шлифованное стекло. Шлифование производят возвратными прямолинейными движениями обрабатываемой поверхностью по абразивному полотну: перемещают образец от себя со слабым нагружением (рабочий ход) и к себе без нагружения, не отрывая обрабатываемую поверхность от абразивной бумаги (холостой ход).

Не рекомендуется нагружать образец при холостом ходе – получится двухсторонняя скошенная поверхность («завал» – «крыша») *, что не позволит получить резкое изображение структуры при исследовании шлифа на микроскопе.

Шлифование начинают на грубых (крупнозернистых с абразивным зерном от 250 до 100 мкм) абразивных шкурках до полного удаления неровностей, наследованных от вырезки (рис. 1а). Далее переходят к более мелкозернистым абразивным бумагам для уменьшения шероховатости поверхности и заканчивают шлифование на микронных бумагах (28 – 3,5 мкм)**.

 

а б в

Рис. 1. Различная степень готовности микрошлифа: а – подготовлен к более тонкой шлифовке; б – требуется продолжение шлифовки на данном абразиве; в – состояние поверхности микрошлифа после полировки

 

При переходе с одного номера абразивной бумаги к другому необходимо каждый раз образец механически очищать от абразива и поворачивать на 90º к направлению перемещения его на предыдущей бумаге. Заканчивать шлифование на используемой бумаге следует после полного удаления рисок (царапин), созданных на предыдущей бумаге (рис. 1б).

 

* Не следует вращать образец в руках – получается трех- или четырехсторонняя скошенная поверхность.

** Не следует при шлифовании образца сразу переходить с грубозернистой бумаги на мелкозернистую, так как это создает ложное представление, что шлиф хорошо приготовлен. Этот недостаток обнаружится либо уже после полирования шлифа, либо после травления и рассмотрения его на микроскопе.

Полирование шлифов производят на полировальной установке (станке) с вращающимся металлическим диском, обтянутым тонким сукном, фетром или др. материалом (рис. 2). Ткань полировального круга периодически смачивают суспензией (водная взвесь окиси хрома в виде мелкозернистого порошка)*, предварительно взбалтывая ее.

 

Рис. 2. Рекомендуемый прием полирования шлифа на полировальной установке: 1 – стол полировальной установки, 2 – диск, 3 сукно, 4 – защитный кожух

 

Полирование – процесс достаточно длительный (от 8 до 10 минут).

Полируя шлиф, необходимо соблюдать следующие правила:

1. Располагай шлиф на полировальном круге дальше от центра (так удобнее удерживать шлиф и короче процесс полировки (см. рис.2).

2. Входи в контакт с мягким сукном полировального круга поверхностью шлифа без перекосов и чрезмерного нажатия (в противном случае шлиф может вырваться из пальцев).

3. Постоянно смачивай полировальный круг, так как его высыхание может вызвать «пригорание» полируемой поверхности и деформирование структуры.

Полирование считается законченным, когда поверхность шлифа при внешнем осмотре невооруженным глазом приобретает зеркальный блеск, а при рассмотрении под микроскопом на поверхности шлифа не будет обнаружено царапин (рис. 1в)**.

* Суспензия с окисью хрома имеет зеленый цвет.

** При рассмотрении в микроскопе на общем светлом поле могут наблюдаться отдельные темные или серые неметаллические включения (оксиды, сульфиды, силикаты и др.), попадающие в металл при производстве.

2.2 Выявление микроструктуры *

Шлиф после полирования необходимо тщательно промыть в струе воды и просушить фильтровальной бумагой. Поверхность шлифа должна быть зеркально блестящей без заметных для невооруженного глаза царапин.

Для выявления микроструктуры шлиф погружают в реактив (прил.2) (или наносят реактив локально ваткой) и выдерживают определенное время до появления признаков протравки, затем его промывают в воде и сушат промоканием фильтровальной бумагой.

Время травления зависит от концентрации реактива, природы металлического материала и, как правило, устанавливается экспериментально по изменению отражательной способности и цвета поверхности шлифа. Признаком достаточной степени травления является исчезновение зеркальности поверхности и приобретение ею светломатового оттенка.

Примечание. Со шлифом необходимо обращаться аккуратно:

- не прикасаться к его поверхности пальцами;

- осторожно ставить и снимать с предметного столика микроскопа;

- не перемещать его поверхность относительно предметного столика.

 

Изучение микроструктуры

с помощью микроскопа МЕТАМ РВ – 22 **

 

Микроскоп серии МЕТАМ РВ (рис. 3) является компактным и удобным для использования в учебных целях.

Для настройки микроскопа и получения изображения микроструктуры изучаемого материала приготовленный образец (6) установить на предметный столик (5) микроскопа (рис. 3) шлифом вниз – на световой поток.

 

 

* О механизме выявления микроструктуры см. в прил.1.

** В научно-исследовательских и производственных металлографических лабораториях широко используется микроскоп модели МИМ – 7, имеющий большие возможности при изучении микроструктуры и фотографирования ее изображения (прил.4).

 

Рис. 3. Общий вид металлографического микроскопа МЕТАМ РВ – 22: 1 – основание; 2 – корпус (унифицированный штатив); 3 – бинокулярная насадка; 4 – окуляры; 5 – предметный столик; 6 – исследуемый образец; 7 – клеммы (прижимы); 8 – объектив; 9 – рукоятка перемещения столика; 10 – макрометрический винт настройки; 11 – микрометрический винт фокусировки; 12 – регулятор освещенности

 

Наблюдая в окуляр (4), вращать винт 10 («на себя – от себя») до момента появления в поле зрения окуляра очертаний микроструктуры, затем, вращая винт 11, добиться резкости ее изображения. При необходимости выбора наиболее характерного места структуры для исследования винтами рукоятки 9 перемещать предметный столик поочередно во взаимно-перпендикулярных направлениях.

Обучаемому предлагается изучить микроструктуру при увеличении в 500 раз (х500),* найти подобную в атласе типичных микроструктур [3] и схематично зарисовать ее.