|
|
пр микроструктура. ПР. Микроструктура. Практическая работа по дисциплине Материаловедение
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Сибирский государственный индустриальный университет»
Кафедра материаловедения, литейного и сварочного производства
Практическая РАБОТА
по дисциплине «Материаловедение»
«Микроструктура»
Новокузнецк
2021
Оглавление
Лабораторная работа «Микроструктурный анализ материалов» 3
Основные теоретические сведения: 3
Выполнение работы: 7
Контрольные вопросы 9
Список используемых источников 11
Лабораторная работа
«Микроструктурный анализ материалов»
Цель работы: научиться осуществлять микроструктурный анализ материалов (исследовать внутреннее строение материалов с помощью металлографических микроскопов).
Задачи работы:
1. Усвоить сущность понятий «микроструктурный анализ», «микроструктура», «микрошлиф», «травление»;
2. Ознакомиться с устройством оптических металлографических микроскопов, применяемых для изучения микроструктур сплавов (световой микроскоп МЕТАМ РВ-34;
3. Освоить методику приготовления микрошлифов.
Основные теоретические сведения:
Микроструктурный анализ заключается в изучении микроструктуры металлов и сплавов.
Микроструктура – это строение сплава, видимое при больших увеличениях с помощью микроскопа. Изучение микроструктуры металлов и сплавов, вследствие их непрозрачности, производится на специальных металлографических микроскопах в отражённом свете. Для наблюдения всех присутствующих фаз в микроскопах используют белый свет (световая микроскопия) и поток электронов (электронная микроскопия).
С помощью светового микроскопа изучается строение металлов и сплавов при общем увеличении в 50 … 2000 раз. Определяют количество, форму, размеры и взаимное расположение кристаллических зёрен (частиц) разных фаз, структурных составляющих и неметаллических включений (сульфидов, оксидов и др.).
Для микроскопического анализа из испытуемого материала приготавливают образец – микрошлиф операциями вырезки, шлифования, полирования и травления.
Приготовление микрошлифов. Микрошлиф (цилиндр 0 18× 20 мм или призма 10 × 10 × 20 мм) изготавливают с плоской поверхностью основания. При этом высокий (свыше 80°С) нагрев образца не допускается. Полученную плоскую поверхность образца шлифуют на абразивной (наждачной) бумаге (полотне) зёрнами различных размеров (номеров); сначала крупным зерном, потом мелким зерном до исчезновения рисок. Полирование микрошлифа осуществляется механическим или электролитическим способами. Механическое полирование проводится на полировальном станке сукном, смоченным суспензией окиси хрома в керосине (воде). Полируют до полного исчезновения рисок и получения зеркальной поверхности.
Травление – операция смачивания зеркальной поверхности образца растворами кислот (4% раствор азотной кислоты в спирте), щелочей, солей для выявления его микроструктуры.
Устройство микроскопа МЕТAМ РВ-34. Конструкция микроскопа представляет собой штатив с фокусировочным механизмом, основание со встроенным блоком питания, фонарь с источником света (осветительное устройство), предметный столик, тубус, четырех гнездный револьвер (далее револьверное устройство), бинокулярную насадку, комплект объективов и окуляров, комплект принадлежностей [2].
Общий вид микроскопа приведен на рисунке 1.
Штатив микроскопа - это основная конструкция, на которую крепится оптическая часть. Штатив металлографического микроскопа имеет Г-образную форму и обеспечивает жесткость системы.
Тубус микроскопа - труба, в верхней части которой крепится окуляр, а в нижней объектив.
На предметном столике устанавливают исследуемый объект шлифом вниз, перпендикулярно оси микроскопа.
Револьверное устройство предназначено для смены объективов, которые ввинчиваются в его гнезда.
Объектив представляет собой систему линз, заключенных в металлическую трубчатую оправу, и является основной частью оптической системы микроскопа.
Окуляры увеличивают изображение, создаваемое объективом [1].
Бинокулярная насадка позволяет настроить расстояние между её окулярами до величины межзрачкового расстояния наблюдателя.
Апертурная диафрагма осветительной системы ограничивает количество света, поступающего от источника и попадающего на образец.
Рисунок 1 – Общий вид микроскопа МЕТАМ РВ-34
1 - основание микроскопа; 2 - штатив микроскопа; 3 - предметный столик; 4 - тубус; 5 - рукоятка грубой фокусировки; 6 - рукоятка точной фокусировки; 7 - вкладыш предметного столика; 8 - четырехгнездное револьверное устройство; 9 - объективы; 10 - бинокулярная насадка; 11 - кольцо механизма диоптрийной подвижки; 12 - рукоятка вкл./выкл. и регулировки освещения; 13 - винт крепления бинокулярной насадки; 14 - окуляры; 15 - кольцо регулирования светового диаметра апертурной диафрагмы; 16 - кольцо регулирования светового диаметра полевой диафрагмы; 17 - винты центровки положения полевой диафрагмы
Полевая диафрагма осветительной системы снижает отражение света и устраняет нежелательный световой фон изображения [3].
На основании 1 укреплен штатив микроскопа 2, внутри которого смонтированы механизмы грубого перемещения тубуса микроскопа и микрометрической фокусировки.
В верхней части штатива установлен предметный столик 3. Предметный столик перемещается в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях от руки.
Фокусировочный механизм, расположенный на штативе 2 микроскопа, обеспечивает вертикальное перемещение тубуса 4, который закреплен на кронштейне.
Грубое перемещение кронштейна с тубусом осуществляется рукоятками 5 большего диаметра, точное перемещение рукоятками 6 - точного диаметра.
Общая величина грубой фокусировки составляет не менее 26 мм.
Одна из рукояток фокусировочного механизма имеет шкалу и индекс, с помощью которых может отсчитываться величина перемещения тубуса микроскопа, цена деления шкалы - 0,002 мм.
Для установки на предметные столики объекты, различных по размерам, используется набор металлических вкладышей 7 при этом диапазон перемещения предметного столика ограничен.
Объект закрепляется на предметном столике пружинными клеммами.
Тубус 4 установлен на направляющие штатива 2 микроскопа. В верхней части тубуса установлено четырех гнездное револьверное устройство 8 с объективами 9, смена которых производится вращением за рифленое кольцо револьверного устройства до фиксированного положения.
Объективы могут быть установлены в гнезда револьверного устройства в любом порядке, удобном для работы.
На тубус микроскопа установлена бинокулярная насадка 10.
В бинокулярной насадке один из окулярных тубусов (левый) снабжен диоптрийным механизмом перемещения окуляра для компенсации ошибки глаза наблюдателя; перемещение осуществляется вращением кольца 11.
На корпусе бинокуляра имеется шкала, по которой можно определить величину глазной базы наблюдателя.
Объективы, входящие в комплект микроскопа, рассчитаны на механическую длину тубуса 160мм и высоту 45 мм.
Объективы увеличением ×40 и ×100 снабжены пружинящей оправой, предохраняющей от повреждения фронтальную линзу объективов при фокусировке на объект.
Технические данные объективов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Технически характеристики объективов микроскопа
Тип объектива
|
Линейное увеличение
|
Числовая апертура
|
Рабочее состояние, мм
|
Применяемая иммерсия
|
Планахромат
|
10
|
0,25
|
6,3
|
Сухой
|
Планахромат
|
20
|
0,35
|
2,5
|
Сухой
|
Планахромат
|
40
|
0,65
|
0,7
|
Сухой
|
Планахромат
|
100
|
1,25
|
0,1
|
Масло
|
Технические данные окуляров приведены в таблице 2 [2].
Таблица 2 - Технические характеристики окуляров микроскопа
Увеличение
|
Диаметр поля зрения, мм
|
10
|
18
|
Общее увеличение микроскопа Vобщ равно:
где Vоб - увеличение объектива, Vok - увеличение окуляра [1].
Общее увеличение микроскопа указано в таблице 3 [2].
Таблица 3 - Общее увеличение микроскопа в зависимости от увеличения окуляра и объектива
Выполнение работы:
Эскизы поверхности образцов после различных обработок представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Эскизы поверхности образцов после различных обработок
Образец
|
Фото образца
|
Изменения
|
Образец после шлифования
|
|
Видны риски преимущественно одного направления.
|
Образец после полирования
|
|
Видны неметаллические включения и поры.
|
Образец после полирования
|
|
Видны неметаллические включения и поры
|
Образец после полирования и травления
|
|
Видны границы зерна.
|
Измерение микроскопического объекта при помощи окулярных и объективных микрометров.
Цена деления шкалы окулярмикрометра определяется по формуле:
где:  =0,01 мм. – цена деления шкалы объектмикрометра;
 – число совмещенных делений объектмикрометра
 – число совмещенных делений окулярмикрометра
Объект занимает 6 делений шкалы окулярмикрометра.
Цена деления окулярмикрометра – 0,0054 мм.
Величина измеряемого объекта – 6*0,0054=0,032 мм.
Контрольные вопросы
1 Что называется микроструктурой сплава?
Микроструктура – это строение сплава, видимое при больших увеличениях с помощью микроскопа. Изучение микроструктуры металлов и сплавов, вследствие их непрозрачности, производится на специальных металлографических микроскопах в отражённом свете. Для наблюдения всех присутствующих фаз в микроскопах используют белый свет (световая микроскопия) и поток электронов (электронная микроскопия).
2 В чём заключается принципиальное отличие металлографического микроскопа от биологического?
Металлографический микроскоп позволяет рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете. В этом основное отличие металлографического микроскопа от биологического, в котором рассматриваются прозрачные тела в проходящем свете.
3 Что такое микрошлиф?
Микрошлиф – это специально подготовленный образец металла или сплава.
Изготовление металлографических шлифов состоит из вырезания образца, шлифовки и полировки.
Наиболее удобным считается микрошлиф с площадью поперечного сечения приблизительно 1 см2 и высотой 10-15 мм. Однако на практике часто изготавливают шлифы и других размеров. Если образцы имеют небольшие размеры, то для приготовления шлифа их зажимают в струбцины или заливают в легкоплавкие материалы (сплав Вуда, полистирол и т.п).
4 Как определить увеличение микроскопа?
Чтобы вычислить увеличение микроскопа, нужно просто перемножить увеличение объектива на увеличение окуляра. Для типичного составного микроскопа с 10-кратным окуляром и объективами с увеличениями 4х, 10х, 40х и 100х, получится ряд увеличений 40х, 100х, 400х и 1000х, в зависимости от используемого объектива.
Общее увеличение микроскопа равно:
5 Как измерить величину зерна сплава?
Величину зерна определяют методом визуального сравнения видимых под микроскопом зерен с эталонами шкал, приведенными в обязательном приложении 2 ГОСТ 5639 с определением номера зерна при увеличении 100х.
После просмотра всей площади шлифа выбирают 3-5 полей зрения сравнивают с приведенными шкалами приложения 2 ГОСТ 5639. Шкалы 1 и 2 используют для оценки величины зерна всех сталей и сплавов. Шкалу 3 – для аустенитной стали.
Список используемых источников
1. Шестопалова, Л.П. Металловедение: макро- и микроскопический анализ металлов: учебно-методическое пособие / Л.П. Шестопалова, Т.Е. Лихачёва. - М.: МАДИ, 2017. - 56 с.
2. Металлографический микроскоп МЕТАМ РВ -34. [электронный ресурс] - https://studopedia.ru/7 159744_mikroskop-metam-rv-.html
3. Д. Брандон Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля / Д. Брандон, У. Каплан. - Москва: Техносфера, 2006. - 384 с. |
|
|
Скачать 230.56 Kb.