Przygotowanie zgładów metalograficznych - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Przygotowanie zgładów metalograficznych - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (596.8 KB)
7 strona
1Liczba pobrań
1000+Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: przygotowanie zgładów metalograficznych.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 7
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
06

59

Opracowa³: Roman O. Wielgosz

Æwiczenie 6

PRZYGOTOWANIE ZG£ADÓW METALOGRAFICZNYCH

1. CEL ÆWICZENIA

Celem æwiczenia jest zapoznanie siê z metodyk¹ przygotowania zg³adów do ob- serwacji na metalograficznych mikroskopach optycznych.

2. WIADOMOŒCI PODSTAWOWE

2.1. Pobieranie próbek

Pobieranie próbek do badañ metalograficznych jest czynnoœci¹ równie wa¿n¹ jak dalsze, poprawne wykonanie zg³adów metalograficznych i dlatego czynnoœci tej trze- ba poœwiêciæ nale¿yt¹ uwagê. Próbki nale¿y tak pobraæ, aby otrzymaæ pe³ny obraz struktury w ca³ym badanym przedmiocie.

Sposób pobierania próbek bêdzie zale¿a³ od tego, czy badaniu podlega odlew, pó³- wyrób hutniczy, wyrób obrobiony plastycznie czy przedmiot obrobiony cieplnie.

W przypadku odlewu nale¿y pobraæ próbki z miejsc o ró¿nym przekroju, poniewa¿ struktura w odlewie mo¿e siê zmieniaæ w zale¿noœci od szybkoœci stygniêcia. Przy badaniu pó³wyrobów korzysta siê z norm precyzuj¹cych dok³adnie sposoby pobierania próbek do badañ w³aœciwoœci mechanicznych. Próbki te mog¹ byæ wykorzystane do wykonania zg³adu. Wykonuj¹c zg³ady z przedmiotów obrobionych plastycznie nale¿y uprzednio zbadaæ makrostrukturê co pozwoli na wybór miejsc charakterystycznych, jakimi mog¹ byæ fragmenty w ró¿nych stopniu odkszta³cone lub takie, w których ma- teria³ w ogóle nie podlega³ deformacji. Przy badaniu struktury przedmiotów obrobio- nych cieplnie nale¿y obserwowaæ zarówno powierzchniê, jak i rdzeñ.

Pe³ny i dok³adny obraz struktury materia³u du¿ego przedmiotu daje wykonanie kil- ku zg³adów z ró¿nych miejsc. W przypadku analizowania przyczyn zniszczenia czêœci maszyny nale¿y wykonaæ zg³ady metalograficzne z miejsca w pobli¿u zniszczenia oraz z miejsca oddalonego w celu uchwycenia ewentualnych ró¿nic w budowie materia³u.

W przypadku, gdy nie mo¿na zniszczyæ badanego elementu wykonuje siê replikê i dopiero tê obserwuje siê pod mikroskopem. W celu jej wykonania miejsce, którego strukturê chcemy zbadaæ szlifuje siê i poleruje rêcznie. Z tak przygotowanej powierzchni zdejmuje siê replikê, której obserwacja pod mikroskopem pozwala na ocenê struktury. Z przedmiotów bardzo du¿ych mo¿na uzyskaæ próbki wstêpne do badañ przy pomocy

docsity.com

60

palnika gazowego lub ³uku elektrycznego. W celu unikniêcia wp³ywu ciep³a wydziela- j¹cego siê przy ciêciu palnikiem lub ³ukiem elektrycznym, próbkê nale¿y wyci¹æ w od- leg³oœci co najmniej 50 mm od miejsca, w którym chcemy wykonaæ zg³ad metalogra- ficzny. Nastêpnie próbki wycina siê za pomoc¹ pi³ rêcznych i mechanicznych oraz specjalnych przecinarek do wycinania próbek do badañ metalograficznych.

Na rys. 6.1 pokazano przecinarkê DISCOTOM–2 firmy Struers. Przy jej pomocy mo¿na wycinaæ próbki z materia³ów twardych i miêkkich. W zale¿noœci od twardoœci materia³ów dobiera siê odpowiednie tarcze. W przecinarce przedmiot przecinany znaj- duje siê w k¹pieli ch³odz¹cej. Zapobiega to nadmiernemu nagrzaniu. Przedmioty har- towane nie powinny siê w czasie wycinania próbki nagrzewaæ do temperatury powy- ¿ej 100°C, poniewa¿ przy wy¿szych temperaturach rozpoczynaj¹ siê przemiany strukturalne. Do wycinania próbek niewielkich, skomplikowanych i twardych elemen- tów firma Buehler proponuje przecinarkê z tarczami diamentowymi o nazwie ISOMET pokazan¹ na rys. 6.2.

Rys. 6.1. Rys. 6.2. Przecinarka DISCOTOM–2 firmy Struers Przecinarka diamentowa ISOMET firmy Buehler

2.2. Mocowanie próbek

Próbki du¿e szlifuje siê i poleruje bez zamocowania w oprawce. Próbki ma³e lub takie, w których szczególnie wa¿ne s¹ krawêdzie zaciska siê w oprawki. Wad¹ tego rodzaju zamocowania jest koniecznoœæ wyjmowania próbek z oprawek przy trawie- niu. Przedmioty bardzo drobne inkluduje siê. Inkludowanie polega na wtopieniu wzglêd- nie wciœniêciu przedmiotu badanego w inny oœrodek.

docsity.com

61

Jako substancji inkluduj¹cej u¿ywa siê najczêœciej ró¿nego rodzaju substancji chemo- lub termoutwar- dzalnych. Przewa¿nie s¹ to bakelit, ebonit, ¿ywice syntetyczne. Substancje te przy trawieniu zachowu- j¹ siê zupe³nie obojêtnie i w najmniejszym stopniu nie zak³ócaj¹ przebiegu trawienia.

Do przygotowania próbek inkludowanych substan- cjami termoutwardzalnymi u¿ywa siê specjalnych pras. Na rys. 6.3 pokazano automatyczn¹ prasê hy- drauliczn¹ do inkludowania próbek PRONTOPRES-2 firmy Struers. Prasa pozwala na prowadzenie pro- cesu spiekania w zakresie temperatur od 105°C do 185°C. Coraz czêœciej do inkludowania stosuje siê chêtnie ¿ywice utwardzaj¹ce siê przy temperaturze otoczenia. Firmy specjalistyczne oferuj¹ obecnie sze- rok¹ gamê chemoutwardzalnych ¿ywic o ró¿nych w³a- œciwoœciach.

2.3. Szlifowanie mechaniczne próbek

Pierwszym etapem przygotowania powierzchni zg³adu metalograficznego jest szli- fowanie. Zabieg ten najczêœciej wykonuje siê w szlifierce do p³aszczyzn. Przy szlifo- waniu nale¿y zwróciæ uwagê na to, aby próbka siê nie nagrzewa³a. Szczególnie jest to wa¿ne przy szlifowaniu próbek hartowanych. W celu unikniêcia nagrzewania, próbki nale¿y ch³odziæ wod¹ i szlifowaæ szybkimi przejœciami œciernicy. Przed zakoñczeniem szlifowania powierzchniê próbki nale¿y „wyiskrzyæ”, tzn. przeszlifowaæ kilka razy bez posuwu wg³êbnego.

2.4. Szlifowanie na papierach œciernych

Szlifowanie rozpoczyna siê na papierze œciernym o najgrubszym ziarnie, np. 160. Szlifowanie na danym gatunku papieru trwa tak d³ugo, a¿ znikn¹ rysy z poprzedniej operacji. Proces ten powtarza siê na szeregu papierach o malej¹cej ziarnistoœci. Przy przejœciu na nastêpny papier próbkê ustawiamy tak, aby powstaj¹ce rysy by³y prosto- pad³e do rys pozosta³ych po poprzednim papierze. Przy szlifowaniu metali i stopów miêkkich, np. aluminium, mo¿na papier o najdrobniejszym ziarnie posmarowaæ parafi- n¹, co pomaga w uzyskaniu g³adkiej powierzchni. Po zakoñczeniu szlifowania ko- nieczne jest przemycie próbki wod¹. W szlifierkach przeznaczonych do zg³adów metalograficznych papiery œcierne zanurzone s¹ w bie¿¹cej wodzie i szlifowanie od-

Rys. 6.3. Automatyczna prasa do inkludo- wania próbek PRONTOPRES-2 firmy Struers

docsity.com

62

bywa siê na mokro. Metoda ta skraca czas szlifowania oraz umo¿liwia uzyska- nie lepszej powierzchni zg³adu. Widok rêcznej szlifierki do pracy na mokro przedstawiono na rys.6.4. Poziome tar- cze wiruj¹ce zanurzone s¹ w bie¿¹cej wodzie. Papiery œcierne uk³ada siê na powierzchni wody nad tarczami. Pod wp³ywem si³y odœrodkowej woda wyp³y- wa spod papierów, które przyciskane s¹ do tarcz ciœnieniem atmosferycznym. Szlifowanie mo¿na tak¿e przeprowadziæ rêcznie, pocieraj¹c próbkê o materia³ œcierny roz³o¿ony na szybie lub innej g³adkiej powierzchni.

2.5. Polerowanie i trawienie próbek

Po wykañczaj¹cym szlifowaniu na papierze o najdrobniejszym ziarnie próbkê zmy- wamy w bie¿¹cej wodzie i przystêpujemy do polerowania; które ma na celu usuniêcie œladów szlifowania.

Proces polerowania prowadzi siê rêcznie lub mechanicznie. Przy polerowaniu mechanicznym u¿ywa siê jedno- lub wielotarczowej polerki o pionowej wzglêdnie poziomej osi obrotu. Rys. 6.5 przedstawia polerkê mechaniczn¹ o pionowej osi obrotu. Tarcza polerki obci¹gniêta jest miêkkim suknem. W czasie polerowania sukno zwil¿a- my zawiesin¹ tlenku glinu w wodzie, najlepiej destylowanej. Mo¿na te¿ zwil¿aæ wodn¹ zawiesin¹ tlenku chromu, tlenku ¿elaza lub manganu. Tarcza polerki winna byæ stale zwil¿ana. Nie nale¿y jednak tarczy zlewaæ zbyt obficie, gdy¿ nie przyspiesza to pole- rowania. Nie nale¿y zbyt mocno przyciskaæ próbki do obracaj¹cej siê tarczy. Polero- waæ nale¿y tak d³ugo, a¿ rysy, nawet pod mi- kroskopem, bêd¹ niewidoczne.

Do polerowania stosuje siê równie¿ pasty diamentowe o ró¿nej gradacji ziarn. Wytwarza siê je z przeznaczeniem do polerowania mate- ria³ów o okreœlonej twardoœci. Pastê nanosi siê na tarczê polersk¹ dobran¹ odpowiednio do ro- dzaju pasty. Stosuje siê tutaj specjalne kr¹¿ki polerskie wykonane z tkaniny z tworzywa sztucz- nego o ró¿nej twardoœci, dobieranej podobnie jak pasta w zale¿noœci od polerowanego metalu. W przypadku polerowania na paœcie diamento- wej tarczê zwil¿a siê specjalnym p³ynem lub

Rys. 6.4. Szlifierka do szlifowania na papierach na mokro RotoPol–21 firmy Struers

Rys. 6.5. Polerka PLANOPOL Firmy Struers

docsity.com

63

naft¹. Po wypolerowaniu przemywamy zg³ad w wodzie destylowanej, op³uku- jemy alkoholem i suszymy w strumie- niu gor¹cego powietrza.

Oprócz polerowania mechaniczne- go stosuje siê polerowanie elektrolitycz- ne. Na rys. 6.6 pokazano elektropoler- kê firmy Struers o nazwie Polectrol.

Firma Struers produkuje elektropo- lerkê o nazwie Movipol-3 pokazan¹ na rys. 6.7. Aparat ten posiada urz¹dze- nie umo¿liwiaj¹ce lokalne polerowanie du¿ych elementów konstrukcji. Na rys. 6.8 przedstawiono zastosowanie tego urz¹dzenia. Po wypolerowaniu okreœlonej powierzchni dokonuje siê jej wytrawienie, przemycia i osuszenia. Nastêpnie zdejmuje siê z tak przygoto- wanej powierzchni replikê, która od- zwierciedla jej strukturê. Replika s³u¿y dalej do prowadzenia obserwacji mikro- skopowej. Wiele firm produkuje specjal- ne zestawy do zdejmowania replik. Na rys.6.9 pokazano taki zestaw pod na- zw¹ TRANSCOPY firmy Struers.Rys. 6.7. Elektropolerka Movipol-3 firmy Struers

Rys. 6.6. Elektropolerka Polectrol firmy Struers

Rys. 6.8. Zastosowanie polerki do lo- kalnego polerowania du¿ych elementów

Do polerowania materia³ów miêkkich ostatnio stosuje siê polerki wibracyjne. Próbki przeznaczone do polerowa- nia umieszcza siê na tarczy obci¹gniêtej tkanin¹ polersk¹. Próbki zanurzone s¹ w p³ynie polerskim odpowiednim dla danego metalu czy stopu. Do polerowania stali u¿ywa siê zawiesiny tlenku glinu w metanolu. Polerowanie odbywa siê przez wibracjê tarczy z próbkami. Czêstotliwoœæ drgañ, któr¹ dobiera siê doœwiadczalnie mo¿na regulowaæ. Czas polerowania jest doœæ d³ugi (do 8 godz.). Przed polerowa- niem wibracyjnym po¿¹dane jest przeprowadzenie polero- wania wstêpnego na polerce mechanicznej. Znaczne skró- cenie tego procesu uzyskuje siê stosuj¹c polerowanie na specjalnych polerkach, gdzie próbki s¹ poddane wibracjom, a jednoczeœnie polerowane elektrolitycznie. Polerkê wibra- cyjn¹ VIBROMET firmy Buehler pokazano na rys. 6.10.

docsity.com

64

Przez obserwacjê pod mikroskopem wypolerowanej powierzchni próbki mo¿emy okreœliæ jedynie wtr¹cenia niemetaliczne, które nie odbijaj¹ prostopadle œwiat³a pada- j¹cego na t¹ powierzchniê.

Wytrawienie powierzchni próbki odpowiednim odczynnikiem umo¿liwia okreœlenie sk³adników strukturalnych. Sk³adniki strukturalne trawi¹ siê bowiem ró¿nie, jedne mocniej, drugie s³abiej. Te, które nadtrawi³y siê s³abiej, bêd¹ odbija³y w kierunku obiek- tywu wiêksz¹ iloœæ œwiat³a, ni¿ te, które nadtrawi³y siê mocniej. Miejsca s³abo wytra- wione bêd¹ w okularze mikroskopu wystêpowa³y jako jasne, a silnie wytrawione jako ciemne. Szczególnie silnie trawi¹ siê granice ziarn.

Do trawienia zg³adów metalograficznych u¿ywa siê rozcieñczonych kwasów, za- sad i wielu roztworów soli. Omówienie odczynników stosowanych w metalografii znaleŸæ mo¿na w pracy [1] oraz w normach PN-H/-04503, PN-/H-04512.

Stosuje siê kilka sposobów trawienia próbek:

• W miseczce z odczynnikiem zanurza siê wypolerowan¹ powierzchniê próbki. • Na powierzchniê próbki nak³ada siê kroplê odczynnika. Próbkê pochyla siê nastêp-

nie w ró¿ne strony i w ten sposób rozprowadza ciecz po ca³ej powierzchni. • Wypolerowan¹ powierzchniê pociera siê delikatnie wat¹ nasycon¹ odczynnikiem.

Gdy w czasie wytrawiania zaobserwuje siê lekkie zmatowienie powierzchni, nale- ¿y wytrawianie natychmiast przerwaæ przez szybkie zmycie powierzchni w bie¿¹cej wodzie. Nastêpnie op³ukujemy próbkê alkoholem i suszymy w strumieniu gor¹cego powietrza.

Nale¿y przyj¹æ zasadê, ¿e lepiej próbki raczej nie dotrawiæ ni¿ przetrawiæ, jako ¿e próbkê niedotrawion¹ mo¿na zawsze poddaæ dodatkowemu wytrawieniu, natomiast przetrawion¹ nale¿y ponownie polerowaæ i trawiæ.

Sk³adniki strukturalne stopów metali ujawnia siê równie¿ przy pomocy trawienia elektrolitycznego. Wykorzystuje siê tutaj ró¿n¹ szybkoœæ rozpuszczania sk³adników

Rys. 6.9. Zestaw do zdejmowania replik

Rys. 6.10. Polerka wibracyjna VIBROMET Firmy Buehler

docsity.com

65

strukturalnych w czasie elektrolizy. Trawienie to przeprowadza siê na polerkach elek- trolitycznych, stosuj¹c inne ni¿ przy polerowaniu warunki pr¹dowe.

Wygrzewanie próbek metalograficznych przy wysokich temperaturach umo¿liwia równie¿ okreœlenie sk³adników strukturalnych. Próbki wygrzewa siê w pró¿ni, przy temperaturze oko³o 0,3 T topnienia. Po wygrzaniu do komory pró¿niowej wprowadza siê powietrze pod ciœnieniem atmosferycznym na okres 0,5 do 1 min. Poszczególne sk³adniki strukturalne utleniaj¹ siê z ró¿n¹ szybkoœci¹. Otrzymujemy ró¿ne gruboœci warstwy tlenków. Interferencja œwiat³a w warstwie tlenków powoduje, i¿ uzyskujemy obraz sk³adników strukturalnych w ró¿nych barwach.

3. MATERIA£Y I URZ¥DZENIA

Szlifierki do szlifowania na papierach, polerki metalograficzne do polerowania tlen- kiem aluminium, polerki do polerowania pastami diamentowymi, elektropolerka, poler- ka wibracyjna, mikroskopy metalograficzne, materia³y pomocnicze.

4. PRZEBIEG ÆWICZENIA

W ramach æwiczenia ka¿dy student otrzymuje próbkê po szlifowaniu na szlifierce. Próbkê nale¿y wyszlifowaæ na papierach i wypolerowaæ na polerce dobieraj¹c meto- dê polerowania w zale¿noœci od rodzaju materia³u próbki. Po wypolerowaniu dobraæ odczynnik do materia³u próbki i wytrawiæ j¹. Nastêpnie dokonaæ obserwacji na mikro- skopie metalograficznym oraz narysowaæ i opisaæ ogl¹dan¹ strukturê.

5. WYTYCZNE DO OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA

Sprawozdanie winno zawieraæ:

1) opis przeprowadzonego procesu przygotowania zg³adu, 2) rysunek struktury obserwowanej na wykonanym zg³adzie metalograficznym wraz

z opisem.

6. LITERATURA

[1] G³owacki Z.: Zbiór odczynników metalograficznych. PWN, Warszawa 1952. [2] Rudnik S.: Metaloznawstwo. PWN, Warszawa 1997. [3] Pr. zb. pod red. S. Rudnika: Zajêcia z metaloznawstwa. Skrypt Politech. Krak.,

Kraków 1983.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome