Содержание

1. Основы металлографии
2. Оборудование для металлографических исследований
3. Пояснение терминов (глоссарий)

1. Основы металлографии

Металлографические исследования проводятся главным образом в металлургической промышленности и машиностроении. Если в метал­лургической промышленности исследуются в основном шлифы, вырезан­ные соответствующим образом из отобранных слитков, то в машинострое­нии структура металла исследуется также непосредственно на деталях.

Качество металла в металлургической промышленности оценивается двумя способами:
1) по величине зерна структурных составляющих, при этом определяются склонность его к росту, кинетика роста, величина фактического зерна после горячей деформации или любой термической обработки;
2) по количеству загрязнений путем определения размеров включений и их количества на квадратный миллиметр; загрязнения в металле могут быть различного происхождения, в том числе и неметалли­ческие.

Оценка качества металлов производится по так называемым балльным шкалам путем сравнения изображения шлифа металла с серией микрофото­графий стандартных образцов, либо прямым подсчетом и измерением параметров исследуемой структуры. Размер структурных зерен и включений (загрязнений) может коле­баться в значительных пределах. Определенной величине зерна присваи­вается номер. Так, например, номер зерна 14 (ГОСТ 5639 – 65) соот­ветствует диаметру зерна 2,7 мкм, номер 3 - 0,352 мм, а номер 0 - 1 мм. Минимальный размер загрязнения, подлежащий учету, составляет 0,5 мкм.

Колебания размеров зерен и включений требуют применения различ­ных увеличений металлографического микроскопа. Альбомы балльных шкал составлены для определенного ряда увеличений, обычно при диа­метре поля изображения 80 мм, поэтому увеличение металлографических микроскопов должно соответствовать стандартным увеличениям, при которых выполнены балльные шкалы, т. е. от 100х до 1000х. Для определения величины крупных зерен номеров 3 - 0 требуются увеличения менее 100х.

В настоящее количественные и качественные характеристики структуры металла чаще оцениваются на компьютере при помощи специализированного программного обеспечения, такого как Labax 1.0. Так, для этого в аппаратно-программный комплекс «ЛАБАКС» включается металлографический портативный микроскоп ЛАБАКС-1, калибровочный объект-микрометр, цифровой фотоаппарат с фотоадаптером (цифровая видеокамера с видеоадаптером), компьютер и программное обеспечение Labax 1.0. Использование аппаратно-программных комплексов в металлографии позволяет значительно повысить скорость и точность измерений, а также избавить оператора от выполнения рутинных операций.

2. Оборудование для металлографических исследований

Металлографические микроскопы предназначены для контроля каче­ства металлов и сплавов, а также исследования их структуры. Так как металлы являются непрозрачными объектами, в отличие от биологических, в большинстве своем прозрачных объектов, то и конструкция металлографических микроскопов существенно отличается от конструкции биологических микроскопов.

Специфические особенности металлографических шлифов предъявляют определенные требования к конструкции .металлографических микроскопов. Так как шлиф непрозрачен и обладает мелкой структурой, то для ее обнаружения необходимы микрообъективы с большим увеличением, т. е. с малым фокусным расстоянием и, следовательно, с небольшим рабочим расстоянием. Небольшое рабочее расстояние микрообъектива не позволяет осветить объект с необходимой апертурой освещающего пучка, идущего с внешней стороны объектива. Для освещения объекта через микрообъектив необходимо специальное устройство опак-иллюминатор, в котором в ход лучей микроскопа вводится светоделительная пластинка, отражающая свет от источника света в объектив и пропускающая свет, отраженный от объекта. При этом теряется значительная часть света и в окуляр может пройти не больше 25% падающего от источника света потока при его 100-процентном отражении от объекта. Обычно металлические шлифы отражают значительно меньше света и в окуляр попадает лишь незначительная часть светового потока, падающего на шлиф. Большие потери света в осветительной системе микроскопа и небольшой коэф­фициент отражения рассматриваемого объекта требуют введения в осве­тительную систему мощного источника света, особенно если необходимо обеспечить микрофотографирование. Современные суперлюминесцентные светодиоды, используемые в таких металлографических портативных микроскопах как ЛАБАКС-1, сочетают высокую яркость с малым энергопотреблением и позволяют использовать аккумуляторное питание.

Кинетика зерен структурных приращений требует введения в кон­струкцию металлографического микроскопа фотокамеры или видеокамеры, фиксации и анализа изменений структуры металла. В этом случае используются аппаратно-программные комплексы, такие как АПК «ЛАБАКС».

Для контроля и исследования больших деталей, а также для быстрых прикидочных поверок успешно используются металлогра­фические микроскопы, конструкция основания которых должна позволять устанавливать его непосредственно на детали. Эти типы микроскопов предназначены для обычных повседневных контрольных и исследовательских работ. К таким микроскопам относятся некогда выпускаемые микроскопы ММУ-3 (ЛОМО), а также современные портативные металлографические микроскопы ЛАБАКС-1 (ООО «ИнвентПрибор»), имеющие малые вес и габариты, надежно фиксируемые на ферромагнитных поверхностях и оснащаемые цифровым фотоканалом.

Для исследования структуры поверхность металла должна быть подготовлена – удалены краска, загрязнения и ржавчина, а затем выполнены шлифование и полировка. Для подготовки поверхности используются портативные шлифовально-полировальные машины, такие как шлифовально-полировальная машинка ШЛИФ-3Л, в комплект которых входят наборы абразивных и полировальных дисков, а также алмазная паста. При отсутствии на объекте электропитания используются шлифовально-полировальные машины с аккумуляторным питанием (ШЛИФ-3ЛА).

3. Пояснение терминов (глоссарий)

Кинетика роста зерна – изменение формы и размера зерна с течением времени в процессе эксплуатации или хранения объекта.
Суперлюминесцентные светодиоды – полупроводниковые светодиоды, имеющие повышенную яркость свечения (ок. 5000 мКд).

Использованные в статье источники и рекомендуемая литература:

1. Микроскопы. Скворцов Г.Е., Панов В.А., Поляков Н.И., Федин Л.А. – Л.: Изд-во Машиностроение, 1969.-512 с., 308 ил.
2. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ.ред. В.В. Клюева – М.: Машиностроение,2004.- 736 с.: ил.