Металлографический анализ

Анализ микроструктуры металлов и сплавов является неотъемлемой частью металлургической экспертизы. Он позволяет дать ответы на множество вопросов, касающихся обнаружения в металле внутренних дефектов, недопустимых структурных составляющих, следов термообработки и пластической деформации, а также наличия или отсутствия поверхностных слоев. Информация по всем перечисленным факторам формирует общую картину о качестве исследуемого материала.

Наиболее распространенным и доступным методом исследования микроструктуры является оптическая микроскопия, позволяющая использовать увеличения до 1000 крат. Данный метод исследования требует специальной подготовки образца – изготовления микрошлифа, который заключается в:

• получении зеркальной поверхности путем последовательных этапов шлифовки и полировки от бумаги с грубым зерном к велюровой ткани с частицами полировальной суспензии размером 0,5 мкм;
• выявлении микроструктуры путем химического или электролитического травления.

Приготовление микрошлифов

В настоящее время процесс приготовления микрошлифов в большинстве лабораторий автоматизирован и позволяет подготавливать до 6 образцов одновременно. Это достигается, во-первых, приданием образцам унифицированной формы с помощью заливки эпоксидной или фенольной смолой, во-вторых, пневматическими прижимными держателями шлифовально-полировальных машин. Электронное управление данных машин позволяет устанавливать необходимые прижимную силу, скорость и время вращения, уровень подачи воды или полировальной суспензии.

Не смотря на автоматизацию процесса шлифоподготовки, некоторые металлы и сплавы требуют тонкой ручной доводки, чтобы не привнести в структуру исследуемого образца посторонних изменений – артефактов в виде, например, выкрошившихся или размазанных неметаллических включений. Поэтому опытный металлограф должен обладать определенным мастерством пробоподготовки, чувствовать в какую сторону изменить стандартные режимы приготовления шлифа для получения идеального результата.

Выявление микроструктуры

Зеркальная отполированная поверхность шлифа позволит оценить лишь присутствие в образце неметаллических включений, пор или микротрещин и, в редких случаях, слой другого металла на поверхности.
Оценка микроструктуры невозможна без ее предварительного выявления. Для этого используют специально подобранные реактивы, состав которых зависит от:

• состава металла;
• типа выявляемой структуры (феррит, бейнит, мартенсит, карбиды, неметаллические включения);
• задач дальнейшего металлографического анализа (размер зерна, объемная доля фаз).

Существует множество справочной литературы с описанием составов реактивов для травления и методов их применения. Наиболее известные это справочники под авторством М. Беккерта и Х. Клемма, Л.В. Барановой и Э.Л. Деминой, и Джорджа Вандер Вурта издательства ASM International.

Металлографический анализ

Как только структура выявлена, можно приступать непосредственно к интерпретации микроструктуры и ее количественной оценке. Для этого на микроскопе подбирается необходимое увеличение, режим освещения, дополнительные оптические призмы или фильтры.

Оценка микроструктуры проводится в соответствии с утвержденными стандартами и может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме с помощью анализатора изображений. Но, независимо от режима оценки, качество и достоверность металлографического анализа будут всегда напрямую зависеть от опытности эксперта-металловеда, проводящего данный анализ.