Badania mikroskopowe
(Ćwiczenie numer 3)
Zarządzanie i Inżynieria Produkcji
Wydział Budowy Maszyn i Informatyki
(Wtorek X2, 8:15)
Wstęp:
Badania mikroskopowe metali przeprowadza się w celu określenia rodzaju, wielkości, kształtu i rozmieszczenia składników strukturalnych w badanym materiale. Badania te przeprowadza się przez obserwację pod mikroskopem gładkich i płaskich powierzchni nazywanych zgładami, nietrawionych i trawionych w zależności od rodzaju materiału.
Cel ćwiczeń:
Zapoznanie się z głównymi cechami budowy wewnętrznej elementów.
Budowa mikroskopu (powiększenie głowicy, okularu i obiektywu)
Przebieg ćwiczeń:
Ćwiczenia laboratoryjne polegały na wykonaniu szlifu na 4 próbkach.
Szlifowanie to odbywało się na papierach ściernych umieszczonych na tarczach napędzanych mechanicznie. Zaletą takiego szlifowania jest szybkość wykonania szlifu. Wiąże się to jednak z łatwością zagrzania próbki, dlatego osoba szlifująca musiała chłodzić próbkę polewając ją wodą. Kierunek szlifowania powinien być prostopadły do kierunku rys.
Na pierwszej próbce zostało przeprowadzone szlifowanie papierem ściernym o gradacji 100 (był to papier o największej ziarnistości jaki był stosowany na zajęciach), na drugiej o gradacji 800, a na trzeciej o gradacji 2000.
Czwarta próbka natomiast została poddana polerowaniu. Polerowanie to odbyło się na polerce mechanicznej z tarczą filcową. Przed polerowaniem, a także w trakcie tarczę filcową należało zwilżyć zawiesiną wodną tlenku glinu - Al2O3. Po zakończeniu polerowania próbka zostało opłukana, wysuszona i poddana trawieniu. Trawienie odbywało się w 5% roztworze kwasu azotowego w alkoholu etylowym, zwanym nitalem. Jednak trawieniu została poddana tylko połowa powierzchni szlifu aby podczas badań makroskopowych dostrzec różnicę między częścią trawioną, a nietrawioną.
Tak przygotowane próbki zostały poddane obserwacji mikroskopowej. Podczas obserwacji próbki po szlifie o gradacji 100 dobrze widoczne były rysy, natomiast w próbce po szlifie 800 widoczne były zadziory, które świadczą o złym przeprowadzeniu szlifu. W próbce poddanej polerowaniu i trawieniu dobrze widoczna była granica między częścią trawioną a nietrawioną.
Następne badania zostały przeprowadzone na mikroskopach optycznych o następujących powiększeniach:
Głowica: 1,25x
Okular: 12,5x
Obiektyw I: 8x/Obiektyw II: 40x
Na tych mikroskopach, w celu ćwiczeń, badaniu została poddana moneta 1gr. Po ustawieniu monety na stoliku należało dobrać najlepsze warunki obserwacji przez wybór odpowiedniego oświetlenia i powiększenia. Obserwację należy zacząć od najmniejszego powiększenia, dlatego został zastosowany obiektyw o powiększeniu 8x. Następnie przez okular można było zaobserwować strukturę awersu i rewersu monety oraz jakość i precyzję jej wykonania.
Wnioski:
Badania mikroskopowe przy zastosowaniu mikroskopu optycznego przeprowadza się przy powiększeniu od 20-1800 razy. Umożliwia to dokładną obserwację struktury badanego materiału. Jednak aby dokonać poprawnej obserwacji materiału konieczne jest przeprowadzenie zabiegów przygotowujących materiał do badań. Stąd konieczność szlifowania i polerowania powierzchni metalu do lustrzanego połysku. Szlifowanie i polerowanie powoduje zawsze pewne zniekształcenia cienkiej warstewki powierzchniowej. W niektórych przypadkach utrudnia to lub nawet uniemożliwia obserwację właściwej struktury metalu. Na wypolerowanej powierzchni metalu można obserwować tylko niektóre składniki struktury, różniące się znacznie współczynnikiem odbicia światła, np.: grafit czy też wtrącenia niemetaliczne. Dla ujawnienia ziaren metalu konieczne jest wytrawienie zgładu. Odczynniki służące do trawienie szlifów metalograficznych są bardzo różnorodne, dostosowane do poszczególnych gatunków stali i ich stopów. Wiąże się to z koniecznością posiadania odpowiedniej wiedzy. Badania mikroskopowe nie dają zawsze dokładnej odpowiedzi. Wiele wątpliwości może być rozstrzygniętych przy pomocy innych badań m.in. pomiaru twardości.
Dzięki takim badaniom można ocenić jakość wykonania danego materiału lub detalu pod względem prawidłowości jego wykonania. Jesteśmy zdolni do selekcji i odrzucenia elementów wadliwych zagrażających poprawnej pracy danego urządzenia, co znacznie zwiększa jego żywotność a także przyczynia się do poprawy bezpieczeństwa pracy.