Лабораторная работа №1 методы макро- и микроанализа. Изучение строения металлов и неметаллических материалов

Цель работы: изучить методику, возможности и назначение макроструктурного и микроструктурного анализа металлов и сплавов; приобрести практические навыки в исследовании структуры материалов; ознакомиться с классификацией неметаллических материалов.

Оборудование и материалы: лупа, металлографический микроскоп МИМ–7,окулярмикрометр, объектмикрометр, атлас макро- и микроструктур, изломы, макрошлифы, микрошлифы, образцы неметаллических материалов.

1. Теоретическое введение

1.1. Макроанализ

Макроструктурой называется строение металла, видимое невооруженным глазом или с помощью лупы при небольшом увеличении (30-50 раз).

Макроструктуру материалов изучают просмотром поверхности специально подготовленных образцов (макрошлифов) или изломов. Поверхность образца, подготовленная для исследования макроструктуры, называется макрошлифом. Чаще используются макрошлифы, которые готовятся на образце, вырезанном из детали или заготовки (темплете), путем шлифования и последующего травления, необходимого для выявления макроструктуры.

Макроанализ применяют для выявления в металле дендритного строения, зон транскристаллизации, усадочной рыхлости, центральной пористости, газовых пузырей, трещин, пустот, флокенов, шлаковых включений, качества сварных соединений, расположения волокон в поковках и штамповках, структурной и химической неоднородности, ликвации серы и фосфора в стали и т.д. Примеры применения макроанализа показаны на рис. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5.

а	б

Рис. 1.1. Продольное сечение слитков: а – плотный металл, б – крупные пузыри

а	б

Рис. 1.2. а – Макростроение поверхностного слоя литой сурьмы, б – дендритное строение кристаллов

а	б

Рис. 1.3. Макрошлиф сварного соединения: а – удовлетворительная сварка, б – неудовлетворительная сварка

а	б

Рис. 1.4. Деформированная сталь: а – после ковки с осадкой, б – после штамповки

Рис. 1.5. Сталь пораженная флокенами

1.1.2. Приготовление макрошлифов

Образец для макроанализа вырезают в определенном месте детали или заготовки в зависимости от того, что требуется выявить и изучить: первичную кристаллизацию, дефекты, нарушающие сплошность металла, неоднородность структуры или состава и т.д. Поверхность образца для макроанализа обрабатывается на фрезерном, строгальном или шлифовальном станке. Затем проводится шлифование образца с помощью наждачной бумаги. Причем начинают шлифование бумагой с крупным зерном, постепенно переходя к бумаге с более мелким зерном. При переходе с одного номера бумаги на другой меняют направление шлифования на 90º. После шлифования образцы очищают, обезжиривают и подвергают травлению.

1.1.3. Выявление ликвации серы и фосфора в стали

Сера и фосфор являются примесями в стали, которые снижают ее технические свойства. Концентрация этих примесей в стали столь важна, что по их количеству классифицируется качество стали.

Фосфор способствует хрупкому разрушению сталей при пониженных температурах – хладноломкости.

Сера увеличивает хрупкость сталей при повышенных температурах (900-1000 ºС) – красноломкость.

Особую опасность представляют скопления – ликвации серы или фосфора (рис.1.6).

Рис.1.6. Ликвация серы в стали (темные пятна и полосы)

Ликвацию серы в стали выявляют методом Баумана для реализации которого необходимо:

1. Макрошлиф протереть ватой смоченной спиртом и положить на стол шлифованной поверхностью вверх.

2. Лист глянцевой бромсеребрянной фотобумаги вымочить на свету в 5% водном растворе серной кислоты 5-10 минут. Просушить между двумя листами фильтровальной бумаги для удаления избытка раствора. Наложить эмульсионной стороной на макрошлиф и, прогладить рукой или резиновым валиком для удаления газовых пузырьков. Выдержать на поверхности стали 2-3 минуты и снять с макрошлифа.

3. Полученный отпечаток промыть в воде и зафиксировать в 25% водном растворе гипосульфита натрия. Снова промыть в воде и просушить.

4. Зарисовать полученный отпечаток и дать характеристику ликвации серы.

Полученные на фотобумаге участки коричневого цвета соответствуют местам на поверхности стали обогащенным серой, то есть выявляют ликвацию серы. Если же фотобумага имеет равномерную окраску, то сера в стали распределена равномерно и ликвация серы отсутствует.

Появление темных участков на фотобумаге в местах контакта с поверхностью стали обогащенной серой объясняется тем, что между серной кислотой, впитавшейся в бумагу и включениями сульфидов MnS и FeS, в виде которых сера находится в стали, происходят взаимодействия по реакциям:

MnS + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂S

FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S

Выделяющийся в результате реакции сероводород взаимодействует с бромистым серебром эмульсионного слоя, в результате чего образуется сернистое серебро, имеющее темно-коричневый цвет:

2AgBr + H₂S = Ag₂S + 2HBr.

Ликвацию фосфора в стали (рис.1.7) выявляют травлением отшлифованного образца в реактиве Гейна: 85 г хлорной меди, 53 г хлористого аммония в 1000 мл воды.

Для выявления ликвации фосфора в стали необходимо:

1. Отшлифованную поверхность образца протереть ватой, смоченной в спирте.

2. Образец поместить в реактив Гейна и выдержать 1-2 минуты.

3. После выдержки образец вынуть из реактива. Вся поверхность образца должна быть покрыта медью.

4. Струей воды смыть медь и протереть поверхность мокрой ватой.

5. Просушить образец.

А	б

Рис. 1.7. Ликвация фосфора в стали: а – обработка резанием, б – ковка с осадкой

Более темные участки на поверхности образца – это места обогащенные фосфором, то есть места, в которых имеется ликвация фосфора на поверхности стали. Известно, что чем выше концентрация фосфора в железе, тем быстрее оно растворяется. В углублениях на поверхности образца задерживается медь, что и приводит к изменению цвета поверхности стали.

1.1.4. Последовательность операций макроанализа

Для полного макроскопического исследования, а также определения сплошности металла и дефектов строения целесообразно придерживаться следующей последовательности операций:

- протравить образец реактивом Гейна. Полученные результаты зарисовать или сфотографировать;

- отшлифовать образец и выявить распределение серы методом Баумана;

- провести глубокое травление для выявления нарушений сплошности и флокенов в реактиве 50 мл соляной кислоты, 50 мл воды при температуре 60-70 ºС в течение 15-30 минут.

1.2. Микроанализ

1.2.1. Назначение микроанализа

Микроскопический анализ заключается в исследовании структуры материалов при помощи микроскопа. Кроме того для проведения микроанализа используют и другие методы исследования структуры, состава, электропроводности, теплопроводности, плотности и т.д. Изменение любого физического свойства объекта в зависимости от внешних факторов может дать представление о структуре и свойствах исследуемого материала.

Оптическая микроскопия. Оптические микроскопы обеспечивают увеличение до 2000 раз при разрешающей способности 0,2·10^-3 мм. Методами оптической микроскопии выявляют: форму и размер кристаллических зерен, из которых состоит металл или сплав; изменение внутреннего строения сплава под влиянием механической, термической или химико-термической обработки; микропороки металла – микротрещины, раковины и т.п.; неметаллические включения – сульфиды, оксиды и др.; примерный химический состав изучаемого сплава по характерной форме и характерному окрашиванию структурных составляющих и фаз; характер обработки металла.

Электронная микроскопия. Для более детальных и точных исследований применяются электронные микроскопы, увеличение которых достигает 200000 раз, а разрешающая способность – 8-10·10^-7 мм. Различают трансмиссионную или просвечивающую электронную микроскопию и растровую электронную микроскопию. Просвечивающая электронная микроскопия в сочетании с методами электронографии позволяет изучать строение и структуру материалов при огромных увеличениях и очень большой разрешающей способности. Методами электронной микроскопии изучаются сверхструктуры, строении границ зерен и субзерен, дислокационная структура материалов и т.д. Современные электронные микроскопы позволяют разрешать отдельные атомы. Электронография позволяет установить тип и параметры кристаллической решетки от микрообластей. Растровая электронная микроскопия позволяет изучать поверхность объектов при увеличениях сопоставимых с просвечивающей электронной микроскопией и при огромной глубине резкости.

Рентгеноанализ. Рентгеновы лучи получаются в специальных рентгеновских трубках. По своей природе они аналогичны световым, но длина волны их в несколько тысяч раз меньше и находится в пределах от 2·10^-8 до 0,06·10^-8 см. Столь малая длина волны рентгеновых лучей позволяет применять их для исследования кристаллического строения металлов, их состава и для просвечивания материалов.

Рентгеноструктурный анализ основан на явлении интерференции рентгеновых лучей при прохождении ими пространственной решетки атомов кристалла. Этот анализ позволяет установить типы кристаллических решеток металлов и сплавов и их параметры.

Рентгеноспектральный анализ позволяет установить качественный и количественный фазовый состав исследуемого материала.

Рентгенографический анализ (просвечивание) основан на проникновении рентгеновых лучей сквозь изделие. При этом выявляются внутренние дефекты изделия: пористость, трещины, газовые и шлаковые включения и т. п.

Спектральный анализ позволяет установить качественный элементный химический состав.

Термический анализ. Сводится к выявлению критических точек при нагревании и охлаждении металлов и сплавов и обычно сопровождается построением кривых в координатах температура – время. Недостатком термического анализа является то, что критические точки могут быть выявлены лишь тогда, когда превращения в металле или сплаве происходят с большим тепловым эффектом, если этот эффект мал, то и превращение может остаться незамеченным.

Дилатометрический анализ основан на изменении удельного объема, металла или сплава в момент фазового превращения, и применяется для определения критических точек в твердых образцах. Для дилатометрического анализа пользуются специальными приборами – дилатометрами.

1.2.2. Основные сведения о микроскопе

Микроскоп (рис.1.8) представляет собой оптическое устройство, состоящее из двух увеличивающих систем – объектива и окуляра. Объекты металлографических исследований не прозрачны, поэтому в металлографических микроскопах формирование изображения осуществляется в отраженных лучах света. Свет от источника 11 (рис.1.8) проходит светофильтр 13 и преломившись в призме через апертурную и полевую диафрагму 6, попадает в преломляющую систему, которая направляет его через объектив на поверхность шлифа, находящегося на предметном столике 8, отразившись от которой свет возвращается через объектив и тубус окуляра, попадает в глаз исследователя или, отразившись от зеркала (при выдвинутом тубусе), на матовое стекло 15 фотокамеры. Ввиду неодинаковой поглощательной способности различных структурных составляющих они просматриваются как более светлые или темные. Кроме того, различна и отражательная способность фаз или частей шлифов. Отраженные под большими углами (как, например, от вытравленных участков границ зерен) лучи света, отрезанные диафрагмой 6, не попадут в глаз и покажут границу зерна, как более темную, чем тело зерна. Так как в реальных условиях разница в поглощательной и отражательной способности различных частей объекта исследования не всегда достаточно высока, его поверхность требует специальной обработки.

Приготовление микрошлифа включает его вырезку из исследуемой детали, шлифовку, полировку, травление, нанесение окисных пленок или напыление атомов тяжелых металлов.

Шлифовка и полировка создают поверхность с хорошей отражательной способностью, лишенной дефектов от приготов-

Рис.1.8. Микроскоп вертикальный металлографический МИМ-7: 1 – основание микроскопа, 2 – корпус, 3 – фотокамера, 4 – винт микрометрической точной подачи объектива, 5 – визуальный тубус, 6 – рукоятка диафрагмы, 7 – иллюминатор, 8 – предметный столик, 9 – рукоятки перемещения столика, 10 – клеммы, 11 – осветитель, 12 – стопорное устройство осветителя, 13 – рукоятка смены светофильтров, 14 – винт грубой подачи столика, 15 – рамка с матовым стеклом, 16- анализатор, 17 – корпус центральной части

ления шлифа (например, грубых рисок от резки и шлифовки). Последующие после полировки операции обеспечивают или усиливают различную отражательную и поглощательную способность структурных составляющих для повышения контраста изображения. Сюда следует отнести и такие приемы, как использование светофильтров, поляризованного света, косого освещения шлифа, получения изображения в сильно отраженных лучах (темнопольного изображения). Важно, чтобы условия подготовки объекта исследования (нагрев и деформация при вырезке шлифа и его шлифовке, появление оксидных и других пленок травления) не меняли структурное состояние материала. Для этого проводят бездеформационную резку на электроискровых станках, механическую полировку заменяют электрополировкой, исследование шлифов проводят в среде инертных газов или в вакууме при высоких и низких температурах с использованием специальных приставок к металлографическому микроскопу.

Оптическая система микроскопа может дать четкое изображение объекта исследования, если его поверхность находится на определенном расстоянии от объектива, равном фокусному расстоянию. Установка поверхности шлифа на этом расстоянии осуществляется вначале винтом грубой настройки 14, до появления изображения в объективе, а затем, после его фиксации, винтом точной настройки 4 (рис.1.8,а).

Выбор нужного места на шлифе производится горизонтальным перемещением предметного столика 8 микроскопа в двух взаимно перпендикулярных направлениях рукоятками 9. Расстояние между фокусами объектива и окуляра называются оптической длиной тубуса l (для микроскопа МИМ-7, l =250 мм).

Максимальное полезное увеличение микроскопа, т.е. увеличение, при котором выявляются детали рассматриваемого предмета, определяется по формуле

M= , (1.1)

где d₁ – максимальная разрешающая способность человеческого глаза, равная 0,3 мм; d – максимальная разрешающая способность оптической системы.

Чем меньше d – максимальная разрешающая способность оптической системы, тем больше полезное увеличение микроскопа.

Величина, равная минимальному расстоянию между двумя точками, при котором они различаются раздельно, называется разрешающей способностью оптической системы d. Значение d определяется условиями дифракции света и выражается в условиях прямого освещения формулой

d = , (1.2)

где - длина волны света (для белого света = 6 10^-4 мм); n – коэффициент преломления среды между объективом микроскопа и шлифом (для воздуха n = 1, для кедрового масла n = 1,52); - половина угла раскрытия, входящего в объектив пучка света ( _max = 73º).

Величина nsin = A называется числовой апертурой объектива. Числовая апертура влияет на четкость изображения и определяет разрешающую способность микроскопа, которая возрастает при увеличении А.

На практике просматривают микрошлиф в воздушной среде с обычными (сухими) объективами. Для получения больших увеличений (от 600 до 2000 раз) между поверхностью объектива и рассматриваемым шлифом создают иммерсионную среду, имеющую высокий коэффициент преломления. Каплю кедрового масла (n = 1,52) наносят на верхнюю поверхность линзы иммерсионного объектива. Тогда

d = 0,2 10^-3мм. (1.3)

Общее увеличение, микроскопа при визуальном наблюдении, равно:

N_м=N_об. N_ок.= , (1.4)

где N_об. N_ок – увеличения объектива и окуляра; F_об., F_ок. – фокусные расстояния объектива и окуляра; - оптическая длина тубуса; 250 – нормальное расстояние зрения, в миллиметрах.

Четкое изображение получается в случае, когда общее увеличение не превосходит полезное увеличение системы.

1.2.3. Определение цены деления окулярмикрометра

Количественные измерения (величины зерна, глубины цементованного слоя и т.п.) осуществляют на микроскопе с помощью окулярмикрометра. Он представляет собой обычный окуляр, в который вставлена тонкая стеклянная пластинка с равномерной шкалой (рис.1.9), цена деления которой не известна. Так как увеличение микроскопа определяется комбинацией окуляра и объектива, цена деления окулярмикрометра будет зависеть от того, в паре с каким объективом он используется. Поэтому для каждой пары объектив-окуляр определяют цену деления окулярмикрометра, используя для этого объектмикрометр. Объектмикрометр – стеклянная или металлическая пластинка, на которой нанесена шкала длиной 1 мм с ценой деления 0,01 мм. На объектмикрометре имеется три типа делений большие 0,1 мм, средние 0,05 мм и малые 0,01 мм (рис.1.9).

Рис.1.9. Схема определения цены деления окулярмикрометра с помощью объектмикрометра

Объектмикрометр устанавливается на предметный столик микроскопа. Совмещаем в поле зрения микроскопа начальные риски шкал объект-микрометра и окуляр-микрометра (рис.1.9 пунктирная линия). На шкале окулярмикрометра выбираем некоторое число делений (для удобства вычислений кратное 10), пусть это будет 30 делений как показано на рисунке. При этом необходимо помнить, что чем большее число делений мы выбираем на шкале окулярмикрометра, тем выше точность определения его цены деления. Затем, с помощью объект-микрометра определяем длину, приходящуюся на выбранное число делений окулярмикрометра. Для чего обектмикрометром измеряем длину соответствующую 30 делениям окулярмикрометра – (между пунктирными линиями рис. 1.9) l = 0,45 мм.

Зная, что цена деления окулярмикрометра – Ц_ок определяется как отношение длины – l, соответствующей выбранному числу делений, к числу делений – N, запишем

Ц_ок = (1.5)

Таким образом, цена деления окулярмикрометра – это длина одного его наименьшего деления.

Для определения линейного размера объекта под микроскопом следует: совместить начальную риску шкалы окуляр микрометра с левым краем объекта; определить число делений шкалы окулярмикрометра, которые укладываются на объекте; рассчитать линейный размер объекта по формуле (1.6)

(1.6)

где Ц_ок – цена деления окулярмикрометра, N – число делений шкалы окулярмикрометра укладывающиеся на объекте, l_од – Линейный размер объекта.

Микроскопические исследования позволяют проводить определение примерного фазового состава сплавов, измерять протяженность граничных поверхностей, размеры зерен и включений.

1.2.4. Способы проведения количественного анализа

Необходимость проведения количественного анализа определяется зависимостью свойств материалов не только от их химического или фазового состава, но и от количества той или иной фазы, ее размеров, формы, места расположения. Получение материалов с высокими эксплуатационными характеристиками возможно только при оптимальном соотношении качественных и количественных характеристик его структуры.

Существуют различные способы измерения среднего линейного размера конкретного зерна, например, с помощью окулярмикрометра измеряются его диаметры d₁ и d₂ в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис.1.10,а) и находят среднее значение d_ср. по формуле

d_ср. = , (1.7)

Рис.1.10 Методы металлографического анализа: а – определение линейных размеров зерна; б – определение средней площади зерна; в – структура деформированного металла с текстурой: I – перпендикулярно текстуре, II – в направлении текстуры

Средний размер зерен данного материала (d_ср) удобно рассчитывать путем подсчета их количества (N) на каком-то, отрезке известной длины (l) по формуле (1.8), включающей данные измерений в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (рис. 1.10,а):

(1.8)

и рассчитываются по формуле (1.10). Расчет по формуле (1.8) более точен, чем по формуле (1.7).

Наиболее простым способом подсчета средней площади зерна (S_ср) является деление площади S известного размера (например, площади сетки окулярмикрометра) на количество N зерен, поместившихся на этой площади (рис 1.10,б).

(1.9)

причем

N=2(n + 0,5m), (1.10)

где n – число зерен, полностью поместившихся внутри данного размера площади S или длины l;

m – число зерен, не полностью поместившихся внутри данного размера площади S или длины l;

2 – физический коэффициент, учитывающий вероятность проявления зерна на шлифе по своему минимальному или максимальному размеру.

Если размеры зерен далеки от равноосности, необходимо кроме средних размеров, отмечать и эту особенность. При наличии текстуры, размеры зерна определяются как в направлении осей текстуры, так и в перпендикулярном направлении (рис.1.10,в).

В соответствии с ГОСТ 5639-65 для характеристики размеров зерна можно использовать градацию зерен по баллам (см. табл.) или путем сравнения с типичной картиной зернистости, получаемой при увеличении в 100 раз. Несмотря на удобство данной методики, она не обладает достаточной точностью и дает мало дополнительной информации.

Балл	1	2	3	4	5	6	7	8
Диаметр зерна (мм)	0,25	0,15	0,1	0,08	0,05	0,03	0,02	0,01

Расчет объемного содержания фаз в сплавах базируется на предложении, что часть объема сплава, занимаемого данной фазой, равна части площади, занимаемой данной фазой на произвольном участке поверхности объекта, в нашем случае на наблюдаемой части поверхности микрошлифа.

Наиболее часто используется метод точечного анализа (рис.1.11,а), когда окуляр имеет стеклянную вставку с перекрестьем двух линий. Перемещая шлиф в любом выбранном направлении малыми и одинаковыми шагами, считают, сколько раз, от выбранного общего числа перемещений, перекрестье на объективе попадало на исследуемую фазу.

Рис.1.11. Схемы проведения фазового анализа: а – точечный метод; б – линейный метод; в – метод сетки

Количество этих пересечений пропорционально объему данной фазы в сплаве. Например: структура содержит феррит и перлит; если при 100 перемещениях перекрестье 60 раз попадало на феррит и 40 раз на перлитные зерна, то в данном сплаве 60% занимают ферритные зерна и 40% - перлитные. При этой методике, чем меньше значение каждого перемещения (и чем больше таких перемещений), тем точнее результат.

Линейный метод (рис. 1.11б) аналогичен предыдущему, но здесь на неподвижном шлифе с помощью линейки окулярмикрометра в произвольном направлении выбирается отрезок, пересекающий различные фазы. Зерна фаз отрезают определенные части на этом отрезке. Процентное содержание каждой из фаз (например, в двухфазной системе) рассчитывают по формулам типа (1.11), (1.12):

(1.11)

(1.12)

где А – процентное содержание фазы А; В – процентное содержание фазы В;

– суммарное значение длины отрезка , занятое зернами фазы А;

– суммарное значение длины отрезка , занятое зернами фазы В;

– общая длина выбранного отрезка.

Достаточная точность данной методики обеспечивается в случае, когда размеры отрезков, отсекаемых фазами на выбранной прямой, примерно на порядок больше, чем цена деления окулярмикрометра, а также при случайном и неоднократном выборе направления при анализе.

Наиболее удобным является метод, в котором используют окуляры со стеклянной вставкой, имеющей систему упорядоченно расположенных точек, чаще всего сетку, узлы которой можно рассматривать как точки (рис.1.11,в). При этом увеличение микроскопа должно быть выбрано таким, чтобы расстояние между узлами сетки не превышало линейные размеры зерен или других структурных составляющих. Отношение числа узлов сетки ( ), попадающих на данную фазу (например, фазу А), к общему числу узлов сетки (n) дает объемное содержание ( ) фазы А в отношении ко всему объему сплава:

(1.13)

1.3. Неметаллические материалы

1.3.1. Сведения о неметаллических материалах

Неметаллические материалы макроскопически заметно отличаются от металлических по внешнему виду и физическим свойствам (плотности, цвету, термостойкости, степени прозрачности, электрическим и магнитным свойствам).

Неметаллические материалы подразделяются на две большие группы: органические и неорганические, каждая из которых имеет свою классификацию. Основой неметаллических материалов являются полимеры, макромолекулы которых составлены из мономеров (элементарных звеньев). Полимеры получают из низкомолекулярных веществ при проведении реакции полимеризации или поликонденсации.

Преимуществом органических полимерных материалов является, как правило, малая плотность, низкий коэффициент трения, хорошая химическая стойкость, технологичность, возможность обеспечения ряду из них светопрозрачности, определенного цвета, специальных теплофизических и химико-физических свойств, невысокая стоимость.

Недостатками следует считать низкий модуль упругости, невысокий уровень механических свойств и термостойкости, узость рабочего интервала температур термопластов, зависимость свойств от вида, морфологии и ориентации наполнителя у термореактивных пластмасс.

Неорганические материалы, представляют собой кристаллическую фазу связанную стекловидной фазой. Для них характерна высокая твердость, износостойкость и сопротивляемость сжимающим нагрузкам. В своем большинстве они термостойки, химически пассивны, но хрупки и малотехнологичны.

В зависимости от свойств полимеров при нагревании пластмассы подразделяются на термопластичные - размягчающиеся при первом и последующих нагреваниях (с линейным строением молекул) и термореактивные – теряющие способность размягчаться при повторных нагревах после однократного нагрева до критической температуры ~ 150-170 ºС (с сетчатым и пространственным строением молекул).

Термопласты выпускаются в виде плёнок, труб, волокон, пластин для электроизоляции, прокладок, антикоррозионных покрытий, втулок, канатов.

Термореактивные пластмассы с успехом используют при изготовлении подшипников, зубчатых колес для малошумящих зубчатых передач, для элементов фрикционных передач, основ печатных плат, электроизоляторов. Газонаполненные пластмассы в виде листов и крошки хороши для звуко- и теплоизоляции, для демпфирования колебаний.

Неорганические полимеры, такие как керамики, ввиду их низкой технологичности и твердости производят, как правило, в виде готового изделия: абразивных порошков, для шлифования и полирования, порошков высокоизносостойких, жаропрочных и жаростойких покрытий, накладок на рабочие части режущего инструмента и инструмента ОМД. Отдельные виды керамик обладают аномально высокими или нетрадиционными свойствами, такими как твердостью на уровне алмаза, уникальными диэлектрическими свойствами, теплостойкостью до 1700 ºС, жаростойкостью до 1600 ºС при аномально высоком электросопротивлении, эффектом тепловыделения.

Всё перечисленное свидетельствует о том, что представление о неметаллических материалах, как о заменителях металлов и сплавов не корректно, так как многие свойства неметаллических материалов пока не удается получить на базе металлов и наоборот.

Краткая характеристика отдельных неметаллических материалов представлена в прил. 7.

2. Задание

1. Изучите теоретическую часть работы.

2. Ознакомьтесь с видом изломов и макроструктурой металлов и сплавов по атласу.

3. Проведите макроанализ литых, деформированных, сварных и термообработанных изделий.

4. Исследуйте и зарисуйте структуру изломов и макрошлифов.

5. Проведите разделение неметаллических материалов на органические и неорганические.

6. Проведите разделение неметаллических материалов на группы по прочности, термостойкости и плотности.

7. Изучите устройство металлографического микроскопа и освойте работу на нём.

8. Определите полезное и общее увеличение микроскопа с заданными объективом и окуляром.

9. Ознакомьтесь с окуляр- и объектмикрометрами, определите цену деления окулярмикрометра.

10. Определите размер зерна в исследуемом образце.

3. Содержание отчёта

1. Краткая характеристика макро- и микроанализа.

2. Рисунки и описания изломов и макроструктур исследованных образцов.

3. Описание результатов макроанализа неметалла.

4. Краткие сведения о металлографическом микроскопе и основные расчётные формулы.

5. Расчёт полезного и общего увеличения микроскопа.

6. Результаты определения цены деления окулярмикрометра.

7. Описание методики и результаты определения величины зерна.

4. Контрольные вопросы

1. Каково назначение макро- и микроанализа?

2. Какие виды излома существуют? Их особенности.

3. Что выявляется на макрошлифе?

4. Какова классификация неметаллических материалов?

5. Какие из неметаллов относятся к термостойким?

6. Какие неметаллы являются сверхпрочными?

7. Каковы основные достоинства и недостатки органических полимерных материалов?

8. Какие из неметаллических материалов обладают наибольшей термостойкостью?

9. Какие из неметаллических материалов могут хорошо срабатываться давлением и резанием?

10. Какие из неметаллов можно использовать как инструментальный материал?

11. Как определяется максимальное полезное увеличение микроскопа?

12. Что такое разрешающая способность оптической системы?

13. Как определяется общее увеличение микроскопа?

14. Для какой цели служат объектмикрометр и окулярмикрометр?

15. Как определить цену деления окулярмикрометра?

16. Как определить линейный размер объекта под микроскопом с помощью окулярмикрометра?

17. Для чего применяют иммерсионную среду?

18. Как определить величину зерна металла?