WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Лабораторные работы по физикеметаллов Практикум по специальности 010400 «Физика» ВОРОНЕЖ 2003 2 Утверждено научно-методическим советом физического факультета от 20.01.2003 г.

Составители: Грибков С.П.

ЧернышоваТ.Д.

Практикум подготовлен на кафедре общей физики физического факультета Воронежского государственного университета.

Рекомендуется для студентов 4 курса дневного отделения физического факультета.

3 ВВЕДЕНИЕ Практикум по физикеметаллов содержитописаниечетырех лабораторныхх работ В соответствии с содержанием курса «Металлография».

практикум охватывает следующиеразделы:

1. Устройство металлографических микроскопов и их технические возможности.

2. Приготовление микрошлифов меди и алюминия электролитическим или химическим методами.

3. Количественный микроструктурный анализ.

4. Металлографический метод определения ориентировок алюминиевых моно- и поликристаллов.

Цель спецпрактикума – овладениеосновными методами металлографии. В каждом разделе даются основные теоретические положения, практическиезадания, контрольные вопросы, указывается также основная литература.

При подготовкек выполнению работрекомендуется:

1. Ознакомиться с методическими указаниями и рекомендуемой литературой.

2. Вписать в рабочую тетрадь краткий теоретический материал, схему прибора или установки, таблицы, расчетные формулы.

3. Ответить на контрольные вопросы.

При оформлении отчета необходимо сделать расчет ошибок измерения, сформулировать окончательные выводы.

Практикум предназначен для студентов д/о специализации «Физика металлов». Он может быть использован при выполнении курсовых и дипломных работ связанных с применением металлографических методов, исследования.

4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 УСТРОЙСТВО МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ МИКРОСКОПОВ И ИХ ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ Цель работы: ознакомиться с устройством металл-микроскопов МИМ-7, МИМ-8 и возможностями исследования сих помощью структуры.

1. Основные положения Принципиальная оптическая схема металлографического микроскопаничем не отличается отоптической схемы любого светового микроскопа. Основноеотличиеметаллографического микроскопа состоитв том, что он работает в отраженном свете, т. к. предназначен для рассмотрения поверхности непрозрачных для света объектов.

Наиболее важной оптической деталью микроскопа является объектив, главная функция которого заключается в том, чтобы собрать максимальную световую энергию, идущую отразличных частей объекта и сформировать его изображение.

Мерой собираемой световой энергии является числовая или нумерическая апертура А. Она определяется так:

, А= Sinn где n - коэффициент преломления среды между образцом и фронтальной линзой объектива, - половина угла раскрытия объектива (половина угла апертуры, т.е. половина угла, под которым виден объектв объективе (см. рис. 1)).

Рис. 1. Расчет апертуры объектива:

О - фронтальная линзаобъектива;

Х - образец;

- половина апертурного угла.

Другой важной характеристикой объективаявляется его разрешающая способность К, определяемая как способность различать мелкие соседниедетали структуры объекта. Количественно она выражается формулой:

2A K =, где А - числовая апертура; - длина волны освещающего пучкасвета.

Однако чаще для характеристики объектива используют не разрешающую способность, а предел разрешения М, который характеризует минимальное расстояние между деталями объекта, которые еще видны раздельно:

M ==.

K 2A Отсюда ясно, что числовая апертура является наиболее важной характеристикой объектива именно она, а не увеличение определяет воз:, можности объектива.

Линейноеувеличение(т.е. отношениевеличины изображения к величине предмета) сложного металлографического микроскопа дается формулой:

v Д L -= + fоб 11 fок, где v -расстояниеотобъективадо изображения, Д - наименьшее расстояниенормального зрения (~ 25 см для большинствалюдей); fоб и fок –соответственно фокусные расстояния объективаи окуляра.

Приблизительно общее линейное увеличение микроскопа равно произведению увеличения микроскопаи окуляра. Так как численные значения v и Д зависят отнаблюдателя, то каждый раз точноезначениелинейного увеличения должно определяться с помощью объективного и окулярного микрометров.

Еще одним важным свойством объективаявляется глубина резкости Т. Это свойство определяется тем, насколько много объемных деталей объекта (т. е. на какую глубину) будет видно при одной и той же наводке микроскопа на резкость. Глубина резкости обратно пропорциональна квадрату апертуры:

Т~ А2.

Поэтому для исследования рельефных поверхностей следует использовать объективы смалым значением А, т. е. объективы смалым линейным увеличением.

Даже при тщательном изготовлении линз объективов и окуляров они не обеспечивают совершенстваизображения, поскольку имеют различные дефекты. Вам известны пять видов аберрации монохроматического света:

1) сферическая аберрация; 2) кома; 3) астигматизм; 4) искривлениеполя (дисторсия); 5) искажения. Если в качествеосвещающего пучкаприменяют белый свет, то добавляются: 6) продольная хроматическая аберрация;

7) поперечная хроматическая аберрация (цветноеизменениеувеличения).

Различные виды сферической аберрации устраняются путем использования полевых и апертурных диафрагм.

Для устранения хроматической аберрации в металлографических микроскопах используются специальные объективы (ахроматы и апохроматы), в которых применяется комбинация линз, образующих ахроматический дублет. Частично хроматическая аберрация исправляется использованием специальных компенсационных окуляров.



2. Способы повышения контраста С целью повышения контрастности изображения элементов микроструктуры металлов и сплавов применяются исследования в темном поле, в поляризованном свете, с применением фазового контраста.

Метод темного поля Формированиеизображения происходитзасчет косых лучей, отраженных отконденсора. Система объективапри этом не участвует в работе осветителя. Хорошо полированная поверхность оказывается при этом темной, а выпуклости, впадины, вызывающие рассеяние света, светлыми.

Неметаллические включения, дефекты, рассеивающая способность которых близка, могут в темном поле отличаться по освещенности изображения.

Исследованиев поляризованном свете Метод применяется для анизотропных объектов. Повышение контрастности связано с тем, что отдельные структурные составляющиеиз-за анизотропии обнаруживают различную отражающую способность по отношению к линейно - поляризованному светуВследствиеэтого яркость и.

окраскаотдельных участков может быть различной. Для получения поляризованного света в схему микроскопавводится поляризатор. Анализатор находится на выходе лучей, отраженных отобъекта, из микроскопа.

Применениецветных светофильтров При объективах - ахроматах применяют желтые или желто-зеленые фильтры, обеспечивающие наибольшее устранение аберраций. Для апохроматов применяются синиеили фиолетовые фильтры.

Фазовый контраст (КФ) Иногда используется дополнительноеустройство КФЗ. Методом КФ можно выявлять детали структуры, неразличимые в обычном микроскопе.

Это происходит за счет разности фаз света, отраженного от различных рельефных участков объекта. Различиев фазене воспринимается глазом, но оптическим методом фазового контраста разность фаз превращается в различиеамплитуд, т. е. в различиеинтенсивностей в изображении объекта.

3. Порядок выполнения работы Принадлежности: металлографическиемикроскопы МИМ-7 и МИМ8М; описаниемикроскопов; набор образцов –объектов для исследования;

набор иммерсионных жидкостей.

1) Рассмотреть оптическую схему микроскопов. Изучить работу микроскопа а) в прямом и косом освещении; б) получить темнопольное :

изображение в) получить изображениев поляризованном свете; г) полу;

чить изображениена матовом стекле фотокамеры, выяснить роль гомалей.

2) Изучить принципработы с иммерсионными объективами.

3) Определить линейное увеличение микроскопов: а) при визуальном наблюдении; б) при использовании фотокамеры. Составить таблицы увеличений.

4) Сфотографировать поверхность шлифа (по указанию преподавателя).

4. Контрольные вопросы.

1. Оптическая схема металлографических микроскопов МИМ-7, МИМ8.

2. Назначениеосновных оптических узлов.

3. Как настроить осветительную систему 4. Как осуществить наводку на резкость:

а) при визуальном наблюдении, б) при фотографировании.

5. Что такоеапертура объектива Как повысить разрешающую способность, глубину резкости 6. Как проводить исследованиеобъектов в поляризованном свете 7. Как получить темнопольноеизображение 8. Когда применяются иммерсионные масла Какиеобъективы используются при этом Как определить линейноеувеличениемикроскопа 9. Как устраняются сферическая и хроматическая аберрации Когда применяются косоеосвещение, прямоеосвещение 10.Сфотографируйте любой металлографический объект(по указанию преподавателя).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ПРИГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ МЕДИ И АЛЮМИНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ ИЛИ ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Цель работы:

1) Ознакомлениесметодом приготовления микрошлифов для изучения микроструктуры путем электролитической полировки.

2) Химическоеи электрохимическоеизбирательноетравлениешлифов сцелью изучения микроструктуры меди и алюминия на световом металл -микроскопе (выявлениеграниц зерен, дислокаций).

Основные положения Под микроструктурой понимают совокупность физических или химических несовершенств, к которым относятся высоко- и малоугловые границы, субзерна и ячейки, сплетения дислокаций, распределениедислокаций, примесей и др.

Микроскопический анализ позволяет разрешить структурные составляющиеразмером 10-6 – 10-7 м; достижимые увеличения при этом на микроскопах типаМИМ-8М, МИМ-9 - 1500-2000. Для разрешения тонкой структуры необходимо применение электронной микроскопии (разрешениедостигает размеров порядка 10-9м). Металлографический анализ - один из основных методов исследования структуры, применяемый как в металловедении, так и в промышленности, в сочетании сдругими методами – электронной микроскопией и рентгеноструктурным анализом.

Для выявления микроструктуры металла металлографическим методом необходимо приготовить качественный, с гладкой зеркальной поверхностью, шлиф и методом химического травления выявить его структуру.

Наибольшей отражательной способностью обладает полированная поверхность, поэтому для проведения микроанализанеобходимо отполировать поверхность образца. Микроструктура образца полностью выявляется только после травления его поверхности специальными реактивами или воздействия другой активной среды. Образец, имеющий подготовленную таким образом для микроанализаповерхность, называют микрошлифом.

Технология приготовления микрошлифов включает несколько последовательно выполняемых операций: а) выбор места на изделии и отбор образцов; б) шлифовкаповерхности образца; в) механическая, электрохимическая или химическая полировка поверхности шлифа; г) выявление микроструктуры.





Рассмотрим подробнее все эти этапы.

Отбор и вырезкаобразцов для анализа.

Место вырезки образцов для анализаи их количество определяется целями и задачами исследования, размерами и формой изделия, технологией изготовления металлического изделия. Для контроля отдельных видов металлической продукции места вырезки и количество шлифов указываются в ГОСТах или технических условиях. Например, для исследования металлических изделий с неоднородной по сечению структурой используются только поперечные шлифы: поверхность шлифа должна быть перпендикулярна продольной оси изделия. Для листового проката или отливок типа плит т. е. изделий, у которых один размер (длина и ширина),, структуру изучают на шлифе, рабочая плоскость которого перпендикулярна наибольшей плоскости изделия.

При вырезке образцов из изделия (резцом, ножовкой или другим способом) должны быть предусмотрены все меры, предохраняющиеотнагреваи наклёпа (упрочнения металла под действием пластической деформации), которые могут привести к искажению структуры.

Шлифовкарабочей поверхности После выравнивания торцевой поверхности шлифа опиловкой её подвергают механическому шлифованию.

Шлифование образцов механическим способом ведут на шлифовальном станке, представляющем собой металлический диск, приводимый во вращениеэлектромотором счислом оборотов 400 - 600 обор./мин..На диск станка накладывается шлифовальная бумага или наносится суспензия, представляющая собой смесь амбразивного порошка с водой. При шлифовании неуклонно должны соблюдаться следующиеправила:

а) образец не должен прижиматься к диску стаким усилием, которое может вызвать нагреваниешлифа;

б) положениеобразца на каждом номере шлифовальной бумаги (порошка) должно быть постоянным во все время обработки;

в) при переходе на следующий (более тонкий) номер бумаги (порошка) образец поворачивается таким образом, чтобы новые, более тонкие царапины пересекали риски, полученные на предыдущем номере, под прямым углом;

г) переходить на следующий номер шлифовальной бумаги (порошка) можно лишь тогда, когда полностью уничтожены следы обработки на предыдущем номере. Это условиедолжно соблюдаться особенно строго.

Механическая полировка После завершения шлифовки на поверхности шлифа остаются тонкиериски. Чтобы окончательно выровнять поверхность, шлиф полируют до зеркального блеска. Механическую полировку производят на полировальном станке, который отличается от шлифовального только тем, что поверхность вращающегося диска покрывают мягкой тканью: фетром, сукном и т д. Чем мягче полируемый металл, тем тоньше должна быть.

структура ткани. Для полировки могут использоваться суспензии сномером зернистости абразивного порошка отМ63 до М5. Можно использовать и наждачную бумагу с абразивным материалом тех же номеров.

Часто применяют химико-механическую полировку спомощью специальных паст. Наиболее широко используются хромоалюминиевые пасты и пасты ГОИ. При обработке пастами сущность процесса выравнивания поверхности заключается в следующем: поверхность металла на воздухе всегда покрыта окисной пленкой. Стеарин и олеиновая кислота размягчают окисел и способствуют прилипанию поверхности шлифа к поверхности абразивного материала. При движении абразивного порошкаокисная пленка срывается с гребешков выступов на поверхности образца. Чередующееся окислениеи срыв пленки приводят к глянцеванию поверхности.

В технологии механической полировки следует соблюдать все те правила, которые были нами сформулированы для процесса шлифовки поверхности.

Электрохимическоеглянцевание Электрохимическая полировка основана на анодном растворении металла в каком-либо электролите.

Электролитическое полирование не искажает структуру наклпом, который обычно сопровождает механическую полировку, процесс этот хорошо контролируется и дает стабильные результаты. До сих пор не существует общей теории электрополировки, которая бы объясняла весь комплексявлений, наблюдаемых при протекании этого процесса.

Широким признанием пользуется теория «вязкой пленки», суть которой в следующем.

В процессе электролиза на поверхности металла (в прианодной области) образуется тонкая вязкая пленка из продуктов электрохимической реакции, обладающая слабой электропроводностью.

Пленка на выступах значительно тоньше, чем во впадинах, поэтому процесс анодного растворения протекает энергичнее на выступах (где больше плотность тока), в результате чего происходит выравнивание поверхности. точказрения связывает сглаживаниеповерхности с возникДругая новением в прианодной области диффузионного слоя. Этотслой оказывает влияниена величину токаблагодаря изменению скорости присоединения или удаления ионов, необходимых для протекания соответствующей электродной реакции. В диффузионном слое увеличивается градиент концентрации этих ионов около выступов на шероховатой поверхности – это увеличивает скорость растворения выступов.

Растворы электролитов, применяемые для электрополировки, можно разделить на двегруппы: а) растворы с малым сопротивлением (например, водные растворы фосфорной кислоты и т. п.); б) растворы, имеющие большоеэлектросопротивление (например, из хлорной кислоты и уксусного ангидрида). На рис. 2 даны вольтамперные характеристики этих растворов.

Рис. 1 - для электролитов снизким электросопротивлением;

2 - для электролитов свысоким электросопротивлением;

j – плотность тока;

U – напряжениена ванне.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.