Статьи

Что такое металлография?

Металлография — это наука о структуре металлов и сплавов, раздел металловедения. Металлография изучает структуру металлических объектов, закономерности структурообразования и взаимосвязи между структурой и структурно чувствительными свойствами.

Процесс исследования структуры и свойств металлических материалов с целью оценки их качества называется металлографическим анализом.

В металлографии выделяется 3 вида структур:

1) Макроструктура, которую мы можем наблюдать невооружённым глазом с помощью лупы или оптического стереомикроскопа при увеличениях до 50 крат;

2) Микроструктура, которую мы можем наблюдать, например, с помощью светового металлографического или растрового микроскопа, имеющих увеличение до 1000 и 300000 крат соответственно;

3) Тонкая структура (по-другому её называют субструктура), которую мы можем наблюдать, например, с помощью просвечивающего электронного микроскопа с увеличением до 1000000 крат (здесь слово «электронный» означает, что поверхность металла исследуется с помощью пучка электронов).

Поэтому металлографический анализ можно разделить на несколько видов: макроанализ, микроанализ и анализ тонкой структуры.

Металлографический анализ включает в себя следующие этапы: пробоподготовка, получение изображения структуры и её изучение, анализ полученных данных.

Рассмотрим каждый этап подробнее и ознакомимся с оборудованием, упрощающим работу металлографа.

Пробоподготовка

Пробоподготовка включает в себя вырезку образца металла из детали или полуфабриката и специальную подготовку поверхности для дальнейших исследований, которая зависит от того, на каком микроскопе мы будем изучать структуру.

Вырезку металлический образцов удобнее всего проводить с помощью автоматических отрезных станков. Такие станки обеспечивают тонкий и ровный срез образца без деформации основного материала и имеют встроенную систему охлаждения, которая позволяет избежать нагрева металла под действием высокой температуры и изменения его структуры. Также в этих станках часто имеется возможность выбора готовых программ для резки конкретных материалов или написания своей программы, а специальные приспособления позволяют надежно закрепить заготовку в станке и не требуют того, чтобы человек самостоятельно удерживал заготовку при резке. Примеры автоматических отрезных станков, поставляемых ООО «Спектрал» можно видеть на фото 1.

Фото 1 – Автоматические отрезные станки

Если мы планируем исследовать именно поверхность образца с помощью стереомикроскопа (фото 2), то дальнейшая подготовка поверхности чаще всего не требуется.

Фото 2 - Стереомикроскоп

Если же планируется изучить внутреннюю структуру, то следующий этап пробоподготовки включает в себя механическую шлифовку и полировку образца до зеркального блеска. Для ускорения этого процесса применяются шлифовально-полировальные станки, имеющие водное охлаждение и позволяющие плавно менять скорость вращения рабочего диска, на который закрепляется абразивный материал. Такие станки бывают разных типов. Одни требуют того, чтобы присутствовал человек: держал шлифуемый или полируемый образец руками и самостоятельно подливал алмазную суспензию при полировке (см. пример на фото 3). Другие же могут оснащаться специальной шлифовально-полировальной головой с держателями образцов (фото 4), позволяющей задать нужную скорость вращения образца, и автоматической системой дозирования суспензии для полировки (фото 5). Это позволяет выполнить шлифовку и полировку без присутствия человека.

Фото 3 – Шлифовально-полировальная машина без полировальной головы

Фото 4 – Шлифовально-полировальная машина с шлифовально-полировальной головой

Фото 5 – Автоматическая система дозирования

Если требуется исследовать очень маленький образец, который не удобно держать в руках или невозможно закрепить в держателе для образцов, то можно перед шлифовкой запрессовать его с помощью запрессовочных станков (фото 6) в различные порошки или залить их акриловыми или эпоксидными смолами, что позволит увеличить площадь образца и сделать работу более удобной. При этом следует учитывать, что если образец планируется подвергать электрополировке или исследованию на растровом или просвечивающем электронном микроскопе, то материал, в который запрессовывается образец, должен быть электропроводящим во избежание скопления электрического заряда на поверхности непроводящего материала и, следовательно, поломки оборудования.

Фото 6 – Автоматический запрессовочный станок

Иногда бывает так, что исследуемый материал трудно поддается механической полировке и при этом хорошо поводит электричество. В этом случае можно сделать электрополировку в специальных растворах с использованием установки для электролитической полировки (фото 7). Также эту установку можно использовать для вытравливания отверстия в фольге, если готовится образец для просвечивающего электронного микроскопа.

Фото 7 – Установка для электролитической полировки

После механической полировки для выявления структуры производится травление полученного образца, который называют шлифом. Травление после электрополировки обычно не требуется, так как полирующий раствор уже подтравливает металл.

Получение изображения структуры и её изучение

На следующем этапе мы можем видеть структуру металла через микроскоп, например, через инвертированный металлографический (фото 8), и подробно её изучить. Это исследование позволяет получить ценные данные о микроструктурных характеристиках.

Фото 8 – Инвертированный металлографический микроскоп

Анализ полученных данных

Далее начинается процесс анализа полученных данных. Для упрощения этой работы существует множество специализированных программных комплексов для микроскопов. Эти комплексы позволяют выполнить некоторые анализы автоматически, например, определить средний размер зерна, объемную долю фаз, оценить балл зерна, балл карбидной неоднородности и т. д.

Как видно, металлография – это наука, которая требует качественной подготовки образцов, качественного оборудования и качественных расходных материалов. Всё необходимое Вы сможете найти на сайте компании ООО «Спектрал»: https://spectral-tech.ru/

Будем рады сотрудничеству!