Полирование металлографических шлифов
Металлографический анализ сплавов и металлов неосуществим без изготовление шлифов. Но существующие методы изготовление шлифов являются очень трудоемкими и во многих случаях не снабжают требуемого качества поверхности.
Для получения ровной, прекрасно отражающей поверхности пользуются шлифовальными бумагами разной зернистости. Крупнозернистой шлифовальной бумагой удаляют следы предварительной обработки, оставляемые абразивным кругом зернистостью 40. После этого пример последовательно обрабатывают шлифовальными бумагами разных зернистостей, поворачивая его на 90° при каждом переходе на более узкую зернистость, и подготовляют к последней операции— полированию на фетровом полировальнике.
В следствии полирования снимают микронные слои металла и приобретают ровную зеркальную поверхность, подготовленную для травления. Требуемое для микроскопического изучения уровень качества поверхности в практике лабораторий достигается за 4—5 операций.
Химико-механический способ, в первый раз испытанный автором в металловедческой лаборатории, в течении многих лет используется на последовательности ленинградских фирм. При верном применении этого метода возможно приобретать шлифы без шлифовальных бумаг достаточно удовлетворительного качества для целей микроскопического анализа.
Процесс изготовление шлифов химико-механиче-ским методом складывается из следующих операций:
1) подготовка поверхности механической обработкой;
2) доводка пастой 40 мк на станке со стеклянным диском-полировальником;
3) доводка пастой 10 мк на доводочном станке со стеклянным диском-полировальником;
4) полировка на фетровом полировальнике суспензией окиси хрома либо окиси алюминия.
Разглядим коротко каждую из перечисленных операций. Предварительная подготовка шлифов возможно осуществлена любым из распространенных способов механической обработки: точением, фрезерованием либо шлифованием.
Но при внедрении химико-механического метода направляться обратить внимание на следующее. Механическая обработка обязана обеспечить вероятно лучшую плоскостность. Чем правильнее будет подготовлена плоскость шлифа на первой операции, тем меньше будет затрачено времени на доводку, в особенности в то время, когда требуется подготовить шлиф не на маленьком участке, а по всей поверхности большой величины.
Шероховатость поверхности наряду с этим не имеет значительного значения.
Фактически выясняется, что по окончании фрезы либо резца поверхность часто бывает правильнее подготовлена, чем по окончании шлифовального круга. Шероховатость исходной поверхности не оказывает столь большого влияния на производительность предстоящих операций, как точность плоскости. Это разъясняется тем, что легче удалить пастой 40 мк следы от обработки резцом либо фрезой, чем выровнять поверхность, в то время, когда приходится снимать десятые доли миллиметра.
Исходя из этого при подготовке шлифа абразивным кругом нужно шепетильно смотреть за точностью поверхности, не забывая, что шлиф сразу же доводится на правильном стеклянном полировальнике.
Автором создан станок несложной конструкции с вращающимся горизонтально расположенным стеклянным диском-полировальником, закрепленным в алюминиевом кожухе. Диск приобретает перемещение через фрикционную передачу от электродвигателя трехфазного тока мощностью 0,25 кет при 1400 об/мин. Фрикционная передача снабжает бесшумную работу станка.
Отсутствие абразивной пыли и вибрации при работе станка, его габариты и небольшой вес создают большие удобства, станок легко переносить, его не требуется устанавливать на фундамент, исключается засоренность лабораторных помещений, обработку шлифов возможно вести вблизи от микроскопов.
Доводка производится пастами 40 и 10 мк. Паста в сухом виде практически не смазывает диск-полировальник, исходя из этого его предварительно смачивают керосином (керосин комфортно держать в стеклянном сосуде, закрытом древесной пробкой с желобком), а после этого вытирают резиновой пластиной практически досуха. Пасту наносят на поворачивающийся диск узким равномерным слоем по кольцевым окружностям (без просветов), перемещая карандаш пасты по радиусу диска.
В ходе доводки шлиф перемещают кроме этого по радиусу диска, снабжая наряду с этим равномерный износ диска. Через 30—40 сек. зеленый цвет пасты на полировальнике переходит в тёмный, что говорит о большом понижении полирующей свойстве пасты. В то время, когда слой пасты почернеет совсем, продукты износа удаляются и тогда наносят новый слой пасты вышеуказанным методом.
Доводка шлифа происходит, по существу, не на полировальнике, а на прослойке полирующей пасты. Исходя из этого направляться обращать особенное внимание на состояние слоя пасты, от которого сильно зависят шероховатость приобретаемой поверхности и производительность процесса.
Рис. 1, а. Схема станка для подготовки металлографических шлифов:
1 — обойма; 2 — эпоксидный состав; 3 — стеклянный диск; 4 — шпиндель; 5 — резиновый ролик; 6 — электродвигатель.
При смачивании полировальника нужно учитывать, что при избытке керосина образуется жирный слой пасты, в следствии съем металла понижается и получается матовая поверхность. В случае если же на полировальнике будет не хватает керосина, то паста не хорошо смажет стекло, в следствии съем металла увеличится, на обрабатываемой поверхности смогут показаться поверхность шлифа и глубокие царапины станет блестящей.
Обширный опыт изготовление шлифов в металлографической лаборатории говорит о том, что первоначально при выравнивании поверхности шлифа направляться наносить сухой слой пасты. Шероховатость поверхности шлифа по окончании обработки пастой 40 мк соответствует 11 — 12-му классам по ГОСТ 2789-61, поверхность получается без отдельных глубоких царапин. Получать блеска наряду с этим сорте пасты не нужно.
После этого, в то время, когда поверхность шлифа выровнена, нужно оставлять на полировальнике больше керосина и наносить более толстый слой пасты. Растекающегося следа от чрезмерного количества керосина не должно быть. Слой пасты обязан трудиться , пока полностью не закончится своеобразный шум.
Давление на шлиф нужно неспешно уменьшать, заканчивая процесс без всякого упрочнения.
Поверхность шлифа по окончании обработки пастой 40 мк получает матовость. Дабы удалить ее, нужно снять слой металла толщиной 1—3 мк\ для этого на чистый полировальник наносят слой пасты 10 л/с и в течение 30—40 сек. (при одном намазывании) удаляют штрихи. Процесс нанесения пасты 10 мк такой же, как и пасты 40 мк.
Трудясь с пастой 10 мк, в особенности при обработке мягких материалов (сталь в отожженном состоянии, бронзовые и алюминиевые сплавы), лучше оставлять на полировальнике больше керосина и наносить довольно больший слой пасты. Доводку рекомендуется создавать , пока паста не разотрется по всему диску и не закроет хорошо все просветы.
Полирование. Ввиду того что шероховатость поверхности по окончании обработки узкой пастой 10 мк получается не ниже 13-го класса, окончательное полирование суконными либо фетровыми полировальниками занимает незначительное время, по крайней мере, меньшее, чем при обработке шлифовальными бумагами.
Долгое полирование мягкими полировальниками практически в любое время ведет к появлению углублений на металле и к закруглениям (завалам) краев шлифа. Исходя из этого доводку пастой 10 мк направляться создавать до максимально отличных показателей. Время полирования на фетровом полировальнике определяется 3—5 мин., а время от времени и несколькими секундами, в зависимости от размеров шлифа, его материала, требований и твёрдости к краям шлифа.
Окончательное полирование реализовывают на фетровом полировальнике суспензией мелкодисперсного порошка окиси хрома либо окиси алюминия в воде. Суспензию наносят распылителем на обтянутый фетром алюминиевый поворачивающийся диск. Число оборотов диска—1000—1200 об/мин.
Станок для окончательного полирования продемонстрирован на рис. 2.
В ходе полирования суспензия частично остается на полировальнике, а избыток ее сбрасывается действием центробежных сил сперва в кожух станка, а после этого через сливное отверстие в бак станка.
Рис. 2. Станок для полирования шлифов.
Для изучения структуры сплавов под микроскопом нужно, дабы шлиф имел кроме прекрасно отражающей поверхности еще и правильную плоскость с минимальными закруглениями (завалами) краев шлифа. Это требование особенно принципиально важно при металловедческом контроле процессов химико-термической обработки (цементации, азотирования, цианирования), при изучении разных тонких слоёв и наплавок металлопокрытий.
При потреблении шлифовальных бумаг абразивный порошок скапливается на краях шлифа; тут имеет место больший слой металла, чем в центре поверхности, что ведет к образованию закруглений (завалов) по краям шлифа.
Используя жёсткие, износоустойчивые под действием паст стеклянные полировальники, на каковые равномерно наносится узкая пленка пасты, возможно взять оптически правильные плоскости с шероховатостью поверхности 12—13-го классов. Неровность поверхности шлифа оценивается десятыми долями микрона, причем края шлифа получаются без закруглений. Лишь по окончании продолжительного полирования на фетровом полировальнике образуются закругления, но они меньше, чем при подготовке шлифов на шлифовальных бумагах.
Шлифы, приготовленные посредством шлифовальных бумаг для изучения покрытий, не отвечают нужным требованиям. В ходе шлифования происходит разрушение поверхностного слоя, отмечается много царапин, выкрошенных частиц металла, нельзя исключать и шаржирование поверхностного слоя абразивным порошком.
При подготовке образцов механическим методом (на шлифовальных бумагах) последней операцией есть обработка бумагой зернистостью ООО. Более неотёсанная подготовка удлиняет процесс полирования на фетровом полировальнике и неизбежно ведет к закруглению краёв и волнистой поверхности шлифа.
При подготовке образцов химико-механическим методом возможно закончить доводку пастой 10 мк, но и более неотёсанная подготовка пастой 15 мк дает возможность приобрести удовлетворительное уровень качества поверхности шлифа.
Химико-механический метод в сочетании с электрохимическим полированием. Большой интерес воображает использование химико-механического метода доводки металлографических образцов в сочетании с электрохимическим полированием.
Данный способ возможно применен при своевременном контроле, в то время, когда требуется скоро приготовить много образцов (до нескольких сотен) и принципиально важно, к примеру, установить наличие в структуре полосчатости либо карбидной сетки, при измерении величины зерна либо обнаружении его границ. Аппаратура для электрохимического полирования складывается из ванны для электролиза, снабженной водяным термостатом, контрольными устройствами (амперметром и вольтметром), выпрямителем и регулировочным реостатом.
Пример, подвергаемый полированию, в качестве анода помещают в ванну, заполненную соответствующим электролитом; катодом помогает свинцовая пластина. самый универсальным электролитом есть ортофосфорная кислота в смеси с серной хромовым ангидридом и кислотой.
Рис. 3. Установка для электрохимического полирования шлифов.
Изменяя продолжительность полирования и электрический режим, возможно взять поверхность от грубо разъеденной до зеркально ровной без заметных штрихов. Выбор продолжительности и электрического режима электрохимического полирования зависит в основном от исходного состояния поверхности. Как мы знаем, что чем тщательнее подготовлена поверхность, тем стремительнее и качественнее возможно осуществлено полирование.
В этом отношении очень благоприятной выясняется подготовка шлифов химико-механическим методом с применением пасты 40 мк.
Подготовка малых металлографических образцов. При металлографическом изучении часто бывает нужно подготовить шлиф на весьма небольших примерах. В этих обстоятельствах, в большинстве случаев, примерами помогают конкретно сами подробности (проволока, фольга, приборов часовых и детали механизмов).
Для закрепления металлографических образцов малых размеров используют синтетические материалы типа акрилатов. Для закрепления малых и узких образцов (роликов, дисков, шестеренок) целесообразно пользоваться бруском органического стекла. При нагреве до 150—180 °С поверхность органического стекла делается пластичной и в него возможно легко вдавить исследуемые образцы.
В случае если нужно закрепить образцы на глубину больше 20 мм (штифты, оси, винты), то целесообразно произвести заливку стиракрилом, которую создают следующим образом.
Две части порошка смешивают с одной частью жидкости, которую додают к порошку неспешно при постоянном перемешивании до получения однородной блестящей массы. Замешивать порошок следует в фарфоровом сосуде стеклянной палочкой либо железным шпателем. Образцы устанавливают на дно стеклянной ампулы либо картонного стаканчика и заливают подготовленной массой.
Залитые образцы помещают в термостат для полимеризации до образования жёсткого блока. Температура полимеризации может колебаться в пределах от 45 до 60 °С. После этого образцы распиливают и подвергают доводке и полированию.
