Przygotowanie zgładów metalograficznych, Technologia maszyn - Materiałoznastwo, Cwiczenia i laborki

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
59
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. WIADOMOCI PODSTAWOWE
2.1. Pobieranie próbek
Pobieranie próbek do badañ metalograficznych jest czynnoci¹ równie wa¿n¹ jak
dalsze, poprawne wykonanie zg³adów metalograficznych i dlatego czynnoci tej trze-
ba powiêciæ 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¿noci od szybkoci stygniêcia. Przy
badaniu pó³wyrobów korzysta siê z norm precyzuj¹cych dok³adnie sposoby pobierania
próbek do badañ w³aciwoci 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 czêci
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
Opracowa³: Roman O. Wielgosz
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-
leg³oci 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 DISCOTOM2 firmy Struers. Przy jej pomocy
mo¿na wycinaæ próbki z materia³ów twardych i miêkkich. W zale¿noci od twardoci
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 DISCOTOM2 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 koniecznoæ wyjmowania próbek z oprawek przy trawie-
niu. Przedmioty bardzo drobne inkluduje siê. Inkludowanie polega na wtopieniu wzglêd-
nie wciniêciu przedmiotu badanego w inny orodek.
61
Jako substancji inkluduj¹cej u¿ywa siê najczêciej
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 czêciej do inkludowania stosuje siê
chêtnie ¿ywice utwardzaj¹ce siê przy temperaturze
otoczenia. Firmy specjalistyczne oferuj¹ obecnie sze-
rok¹ gamê chemoutwardzalnych ¿ywic o ró¿nych w³a-
ciwociach.
Rys. 6.3.
Automatyczna prasa do inkludo-
wania próbek PRONTOPRES-2
firmy Struers
2.3. Szlifowanie mechaniczne próbek
Pierwszym etapem przygotowania powierzchni zg³adu metalograficznego jest szli-
fowanie. Zabieg ten najczêciej 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 przejciami ciernicy. Przed zakoñczeniem
szlifowania powierzchniê próbki nale¿y wyiskrzyæ, tzn. przeszlifowaæ kilka razy bez
posuwu wg³êbnego.
2.4. Szlifowanie na papierach ciernych
Szlifowanie rozpoczyna siê na papierze ciernym 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 ziarnistoci. Przy
przejciu 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 cierne zanurzone s¹ w bie¿¹cej wodzie i szlifowanie od-
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 cierne uk³ada siê na
powierzchni wody nad tarczami. Pod
wp³ywem si³y odrodkowej woda wyp³y-
wa spod papierów, które przyciskane s¹
do tarcz cinieniem atmosferycznym.
Szlifowanie mo¿na tak¿e przeprowadziæ rêcznie, pocieraj¹c próbkê o materia³ cierny
roz³o¿ony na szybie lub innej g³adkiej powierzchni.
Rys. 6.4.
Szlifierka do szlifowania na papierach na mokro
RotoPol21 firmy Struers
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
ladów 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 okrelonej twardoci. 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 twardoci, dobieranej podobnie jak
pasta w zale¿noci od polerowanego metalu.
W przypadku polerowania na pacie diamento-
wej tarczê zwil¿a siê specjalnym p³ynem lub
Rys. 6.5.
Polerka PLANOPOL Firmy Struers
63
Rys. 6.6. Elektropolerka Polectrol firmy Struers
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
okrelonej 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
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. Czêstotliwoæ drgañ,
któr¹ dobiera siê dowiadczalnie mo¿na regulowaæ. Czas
polerowania jest doæ 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 jednoczenie polerowane elektrolitycznie. Polerkê wibra-
cyjn¹ VIBROMET firmy Buehler pokazano na rys. 6.10.
Rys. 6.8.
Zastosowanie polerki do lo-
kalnego polerowania du¿ych
elementów
[ Pobierz całość w formacie PDF ]