8.3. Микроанализ железоуглеродистых сплавов

Микроскопический метод исследования металлов и сплавов определяет их структуру после деформации, различных видов термической обработки и других технологических операций, а так же устанавливает форму и размер структурных составляющих.

Микроструктурный метод исследования включает следующие этапы:

- приготовление шлифов (шлифование и полирование);

- травление шлифов (выявление структуры);

- исследование структуры под микроскопом.

А. ПРИГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ

Образец металла, приготавливаемый специальным образом для исследования его структуры под микроскопом, называется микрошлифом.

Отрезку образца для микрошлифа производят на токарном станке или ножовкой. Наиболее удобными размерами шлифа являются: цилиндр диаметром 12 мм и высотой 10 мм, или параллелепипед с площадью основания 12*12 мм. Чаще размеры микрошлифов предопределяются размерами и формой исследуемых деталей. Для устойчивого расположения мелкие шлифы монтируют в специальные державки, струбцинки и т.п. После отрезки и заторцовки образец подвергают шлифованию на специальной металлографической наждачной бумаге разных размеров. Металлографическая наждачная бумага отечественного производства имеет следующую нумерацию: для предварительного грубого шлифования используют бумагу №№ 60,150; заканчивают шлифование на бумаге №№ 220, 240. Номер бумаги означает количество зерен абразива (наждака), приходящееся на 1 см² площади сита, через который просеивается наждак. Шлифование производится вручную. Берут самую грубую бумагу, образец-шлиф прижимают рукой к наждачной бумаге заторцованной стороной и водят им на бумаге в одном направлении до уничтожения рисок, оставшихся после торцовки. Затем берут следующий более мелкий номер бумаги, и шлифование продолжают, водя шлифом в перпендикулярном направлении по отношению к предыдущему шлифованию. Так продолжают шлифование, переходя все к более мелкому номеру бумаги. После окончания шлифования образец тщательно промывают водой для удаления частиц абразивного материала, а затем полируют.

Полирование шлифа производят на вращающемся плоском круге. Круг покрыт сукном, который смачивают водой с мельчайшим порошком окиси алюминия, хрома, магния и т.д. ( Al₂O₃; Cr₂O₃; MgO), Состав полировальной жидкости: на 1 литр воды 10-15 г окиси хрома или 5 г окиси алюминия. Частицы окислов твердые, поэтому во время полирования шлифа действуют на металл как абразивное вещество, т.е. производят резание. Во время полирования образец нужно поворачивать. Полирование чугуна и стали должно продолжатся не более 3-5 минут, прекращается, как только будут выведены последние риски от шлифования, и шлиф будет иметь зеркальную поверхность. Более длительное полирование вызывает выкрашивание составляющих структуру. После полирования шлиф промывают водой, затем спиртом и сушат промоканием (не вытиранием) о фильтровальную бумагу. Шлифы хранятся в эксикаторе с обезвоженным хлористым кальцием, который, поглощая воду, предохраняет шлиф от окисления.

Далее следует травление шлифа. Для выявления структуры металла шлиф необходимо после полирования подвергнуть травлению какой-либо кислотой, растворенной в этиловом спирте или воде. Поверхность шлифа сплава, погруженного в реактив (электролит), представляет собой многоэлектродный элемент, состоящий из большого числа микроскопических электродов. Структурные составляющие сплава, которые имеют наиболее электроотрицательный электродный потенциал, играют роль микроанодов и растворяются, образуя впадины на поверхности шлифа, а участки, являющиеся катодами, остаются неизменными. Наиболее часто применяют для травления сталей и чугунов следующие реактивы:

• 5%-ый раствор HNO₃ в этиловом спирте;

• 4%-ый раствор пикриновой кислоты в спирте;

• пикрит натрия (пикриновая кислота и едкий натрий) – стандартный реактив для того, чтобы отличить цементит от феррита.