Металлографический микроскоп и микроскринер

 

Микроскоп модели МИМ-7 предназначен для визуального анализа и фотографирования микроструктуры в светлом и темном поле с использованием обычного или поляризованного света. Его оптическая схема приведена на рис. 3.2.

 

Рис. 3.2. Оптическая схема микроскопа МИМ-7

 

Набор объективов и окуляров обеспечивает полезное увеличение анализируемой структуры в пределах «60^х-1440^х». В качестве источника света используется кинопроекционная лампа К-30 (17B, 170Вт).

Нить накала осветителя 1 посредством коллектора 2 проектируется в плоскости апертурной диафрагмы 3, предназначенной для регулирования контрастности изображения. Далее световой поток системой из линз 6 и 10, пентапризмы 9 и полупрозрачной отражательной пластинки 11 направляется в оптику объектива 12. Пройдя ее, он попадает на поверхность микрошлифа 13. Проинтерферировав с ее микрорельефом, отраженные лучи вновь проходят линзу 14 и, отразившись от зеркала 15, попадают в оптику визуального окуляра 16, ахроматическая линза 14 образует увеличенное изображение анализируемого объекта в фокальной плоскости окуляра 16, увеличение видимого в окуляре объекта численно выражается произведением кратностей объекта и окуляра. Полевая диафрагма 7 предназначена для ограничениянаблюдаемого участка анализируемого объекта. Для фотографирования микроструктуры зеркало 15 сдвигается в сторону. Тогда поток лучей проходит через фотоокуляр 17, а, отразившись от зеркала 18, попадает на матовое стекло 19.

Масштаб фотографируемого изображения определяется при помощи объектива микрометра, представляющего собой пластинку с эталонным миллиметром, разделенным на сто частей. Его кладут вместо микрошлифа на столик микроскопа. По его изображению на матовом стекле с нанесенной на нем масштабной линейкой искомый масштаб фотографируемого изображения подсчитывается по формуле:

V = l / (0,01∙z),

где z – число делений объект-микрометра на длине l мм масштабной линейки матового стекла. При отсутствии масштабной линейки на матовом стекле удобнее пользоваться штангенциркулем.

Микроскоп состоит из 4-х основных узлов:

1. Осветителя, установленного на направляющие основания;

2. Корпуса прибора с фотокамерой и углом апертурой диафрагмы;

3. Верхней части с иллюминатором, визуальным тубусом и механизмами грубой подачи столика и микрометрической подачи объектива;

4. Предметного столика микроскопа.

Анализируемый микрошлиф помещается на предметном столике микроскопа рабочей поверхностью вниз. Грубая или предварительная настройка резкости изображения осуществляется рукояткой 14 (рис. 3.3.). А после ее закрепления стопорной рукояткой, расположенной с левой стороны прибора, барашком микрометрической подачи объектива 4 добиваются необходимой четкости изображения, микроструктуры в поле зрения визуального окуляра 5.

Рис. 3.3. Общий вид прибора МИМ-7

 

При использовании для микроанализа микроскринераоптическая схема будет иметь другой вид рис. 3.4.

Рис. 3.4. Оптическая схема микроскринера

При наблюдении в светлом поле лучи от источника света проходят через коллектор, теплофильтр, светофильтр, осветительную линзу, диафрагмы, ахроматическую линзу, отражаются от плоскопараллельной полупрозрачной пластины и направляются через объектив на объект.

Лучи, отраженные от поверхности объекта, снова проходят через объектив, который проецирует совместно с дополнительной тубусной линзой изображение объекта в плоскость электронного приемника оптического изображения, отражаясь от светоделительной пластинки, а также в фокальную плоскость окуляров. С помощью системы призм изменяется направление оптической оси микроскопа. Призменный блок насадки разделяет пучок лучей и обеспечивает возможность бинокулярного наблюдения объекта.Сменные светофильтры повышают контрастность исследуемого объекта.

Общий вид микроскринера представлен на рисунке 3.5.

В состав микроскринера входят: осветитель отраженного света, штатив с встроенными механизмом фокусировки и блоком питания лампы, револьверное устройство, координатный предметный столик, насадка (с экраном).

При массовых контрольных анализах качества всех металлических конструкционных материалов ГОСТ предусматривает контроль величины зерна. Он производится при 100-кратном увеличении путем сравнения видимой в окуляре микроструктуры со стандартной шкалой баллов зернистости.

Так, для сталей перлитного класса ГОСТом предусмотрена оценка величины зерна по 10-ти бальной шкале. В ее основе лежит эмпирическая формула:

N = 2000 × 3^{( n– 8)}, мм^–2,

где N – балл величины зерна, n – число зерен на 1 мм² шлифа.

Пользуясь известным правилом рычага, по равновесной микроструктуре углеродистой доэвтектоидной стали можно с достаточной точностью определить количество содержащегося в ней углерода. Для этого визуально определяется количество перлитной составляющей структуры стали в поле зрения окуляра в процентах, а затем по формуле С = [(% перлита-0,8) / 100]% подсчитывают содержание углерода в анализируемой стали.

Рис. 3.5. Общий вид микроскринера

Задание

 

1. Проанализировать визуально поверхности изломов лабораторных образцов и охарактеризовать их у каждого образца.

2. Провести визуально макроанализ сварных швов, и запротоколировать обнаруженные поверхностные дефекты.

3. По макроструктуре, выявленной травлением охарактеризовать обнаруженные внутренние дефекты и качество сварки.

4. Изучить устройство микроскопа МИМ-7, зарисовать его оптическую схему и освоить приемы работы на нем.

5. Проанализировать под микроскопом нетравленную и травленную поверхности стального и чугунного микрошлифов, зарисовать схемы их структуры и дать краткое описание.

6. Пользуясь правилом рычага, по микроструктуре визуально определить содержание углерода в доэвтектойдной стали.

7. Определить балл зерна опытных образцов стали, пользуясь эталонной шкалой баллов зернистости.

 

Контрольные вопросы и задачи

1. Что такое макро- и микроанализ?

2. Какие дефекты обнаруживаются при макроанализе и микроанализе?

3. Как устроен оптический микроскоп?

4. Как выявляется микроструктура металлов?

5. Как подготавливается микрошлиф для исследования?

6. По каким группам производится классификация Fe–C сплавов?

7. Какие структурные составляющие характеризуют стали и чугуны?

8. Как протравливается перлитное и ферритное зерно?

9. Как подсчитать содержание углерода в доэвтектоидной стали?

Задача 1

Два коленчатых вала были разрушены в процессе эксплуатации в области шатунных шеек. Виды изломов изображены на рисунках 3.6 и 3.7.

Рис. 3.6 Рис.3.7

 

Описать:

1. Вид и строение изломов.

2. Характер нагружения коленчатых валов.

3. Причины разрушения.

 

Задача 2

Качество нагрева металла под штамповку контролируется по излому. Описать изображенные на рисунке 3.8изломы и указать основные факторы, влияющие на рост зерна:

 

Рис. 3.8. Изломы

 

 

Описать:

1. Влияние температуры нагрева.

2. Влияние времени нагрева.

3. Влияние химического состава стали.

 

Задача 3

Неметаллические включения располагаются в виде тонких вытянутых линз или округлых разрозненных включений.

Описать:

1.Какие виды неметаллических включений встречаются в сталях.

2.Причины попадания их в металл.

3.Влияние неметаллических включений на механические свойства.

4.Радикальные средства уменьшения неметаллических включений в металле.

 

Задача 4

Рис 3.9. Микроструктура сталей в равновесном состоянии в зависимости от содержания углерода (х450): а - 0,22%; б - 0,3%; в - 0,4%; г -0,55%; д-0,8%; е- 1,3%.

Два коленчатых вала имеют различную макроструктуру (рис.3.9 и 4)

Описать:

1.Строение макроструктуры, указанной на приведенных рисунках.

2.Способы получения коленчатых валов с данными макроструктурами.

3.Методы выявления макроструктуры.

 

Задача 5

Сварной шов после сварки плавящимся электродом приобрёл макроструктуру, указанную на рисунке:

Описать:

1.Описать макроструктуру шва и около шовной зоны.

2.Указать причину неоднородного строения шва и около шовной зоны.

 

Задача 6

В стальных деталях после отливки их в земляную форму была обнаружена повышенная пористость.

 

Описать:

1.Возможные причины образования пористости в литых деталях.

2.Влияние пористости на свойства отливок.

3. Способы предупреждения образования пористости.

Задача 7

Стальной слиток после полного охлаждения имеет макроструктуру, указанную на рисунке.

Описать:

1. Макроструктуру стального слитка.

2. Зональную ликвацию.

3. Дендритную ликвацию.

 

Задача 8

Стальной слиток после полного охлаждения имеет макроструктуру, указанную на данном рисунке.

 

Описать:

1. Макроструктуру стального слитка.

2. Зональную и дендритную ликвацию.

3. Указать марку сталей, кристаллизующихся с концентрированной усадочной раковиной, способ раскисления.

 

Литература

3. Арзамасов Б.И. Материаловедение технология конструкционных материалов. М: Издательский центр «Академия», 2007.

4. Сироткин О.С. Теоретические основы общего материаловедения, Казань КГЭУ, 2007, 348с.

5. Справочник сварщика /Под ред. В.В. Степанова. М.: Машиностроение, 1975.

6. Металловедение / Под ред. М.С. Ароновича. М.: МЭИ, 1970.

 

Лабораторная работа № 3