Металлография как наука

Металлография - часть металловедения, изучающая влияние химического состава и обработки (термической, химико-термической, давлением и пр.) на структуру металлов и сплавов.
Современная металлография – это комплекс качественных и количественных методов анализа структуры металлических материалов, использующих современное металлографическое оборудование, средства компьютерной техники и математической обработки экспериментальных данных.
Первым этапом металлографического исследования является пробоподготовка или металлографическое препарирование. Основная задача этого этапа – создание образца, который адекватно отражает состояние структуры материала (или изделия). Поскольку современная металлография многолика в плане разнообразия объектов исследования, то пробоподготовка может включать:
• Традиционное приготовление шлифа на поверхности металлического образца. Основная задача при этом - создание идеальной зеркальной поверхности без следов предшествующей обработки (отрезки или шлифовки). Это наиболее распространенный метод металлографического препарирования.
• Получение реплики – слепка поверхности образца в том случае, когда вырезка образца по тем или иным причинам невозможна. Получению реплики предшествует создание шлифа на исследуемом участке. Это задача полевой металлографии.
• Получение излома, который может изучаться в микроскопах различного вида (оптическом, растровом).
• Создание образцов, для которых не требуется специальная подготовка поверхности, или же подготовка проводится в минимальном объеме (протирка, обезжиривание).
Металлографическое травление. Его иногда относят к пробоподготовке. Тем не менее, травление более полезно рассматривать как отдельную операцию по выявлению структуры образца. Как правило, исследование начинается с изучения нетравленых образцов в целях определения наличия неметаллических включений (сульфиды, нитриды, окислы), трещин и несплошностей различного происхождения. Исследование таких объектов, как например серый чугун, проводится первоначально в нетравленом состоянии для определения морфологии и размера включений графита. Травление производится только для шлифов. Операция травления начинается с выбора метода травления (в растворе, ионное травление, электролитическое травление). Наиболее распространенным является травление в растворах. Оно начинается с выбора соответствующего реактива для травления и его приготовления. Травление в растворах проводится методом погружения образца в травящий раствор или методом втирания реактива с помощью тампона. Операция травления заканчивается промывкой и сушкой образа.
Препарирование и травление являются подготовительными этапами металлографического исследования
Непосредственно металлографическое исследование начинается с анализа структуры образца.
Металлографический анализ подразделяется на микро- и макроструктурный методы. Макроструктурный метод применяется для исследования структуры невооруженным глазом или с помощью оптических приборов при малых увеличениях. В основном, макроструктура – это расположение различных макроскопически видимых зон в образце (зоны сварного шва, крупная пористость, повреждения поверхности, характера течения метала при пластической деформации и т.д.). Микроструктурный анализ предполагает использование микроскопа для оценки структуры при больших увеличениях. Это позволяет рассмотреть зеренное (фазовое) строение металла и внутризеренную структуру.
Металлография может быть как качественной, так и количественной.
Качественная металлография – это наблюдение и визуальный анализ, фотографирование и описание структуры металла, т.е. того, что мы видим на изображении структуры. Задача данного этапа – определение всех особенностей изображения, отделение информативной части от артефактов и получение серии качественных изображений микроструктуры, которые отражали бы реальное строение материала. Строение металлических материалов не всегда различимо в простом отраженном свете. Поэтому в металлографическом микроскопе предусмотрен ряд опций, позволяющих сделать изображение структуры максимально информативным. Это средства оптического контрастирования.
-темнопольная микроскопия;
-поляризационная микроскопия (использующая поляризованный свет);
-фазово-контрастная микроскопия;
-люминисцентная микроскопия;
-нтерференционный контраст;
-диафрагмирование;
-цветные фильтры.
Применение этих методов позволяет визуализировать детали изображения структуры материалов. Наиболее часто в традиционной металлографии применяются темнопольное освещение и поляризованный свет.
Заключительным этапом металлографического исследования является количественная металлография.
Количественная металлография – это анализ изображения структуры металла, при котором определяются количественные характеристики – размер зерна, количество фаз или компонентов, пористость, толщина упрочненных слоев и т.п.
Количественная металлография обеспечивается современными программами количественной обработки изображений. Эти программы дают возможность выбрать конкретные объекты, подлежащие анализу – зерна, фазы, различные включения, слои и т.д. После этого определяются количественные параметры выбранных объектов: площадь, длина и ширина, периметр, эквивалентный диаметр (диаметр круга, площадь которого равна площади объекта), периметр, фактор формы (F=4S/P2, где S – площадь, Р – периметр), ориентация (угол наклона оси симметрии объекта к выбранной прямой линии) и т.д. Набор параметров определяется конкретной программой.
После определения количественных параметров возможен анализ статистических характеристик объектов (зерен, фаз и пр.) в виде графика или таблицы, где отображается распределение обнаруженных объектов по выбранному параметру (площади, длине, ширине и т.д.). Распределение объектов показывает, какое количество обнаруженных объектов принадлежит тому или иному размерному классу.
В основе методов количественной металлографии лежат принципы стереометрической металлографии. В этом разделе металлографии теоретически обоснованы основные методы определения размера структурных составляющих, их количества, а также расчета состава сплавов исходя из данных количественного анализа.

Вверх