Badania metalograficzne

Badania metalograficzne można podzielić na badania makroskopowe i mikroskopowe.

Zgłady metalograficzne przygotowuje się ze złączy spajanych, wyrobów hutniczych lub elementów konstrukcji.

Obserwacje metalograficzne makroskopowe przeprowadza się najczęściej na zgładach metalograficznych, z wykorzystaniem oka nieuzbrojonego, szkła powiększającego lub mikroskopu.

Badania można przeprowadzać również na elementach, które nie są przygotowane w formie zgładów. Powiększenia wykorzystywane przy obserwacjach makroskopowych nie przekraczają 50x.

Obserwacje metalograficzne mikroskopowe przeprowadza się na zgładach metalograficznych, z wykorzystaniem mikroskopu optycznego metalograficznego (LM, Light Microscope), elektronowego mikroskopu skaningowego Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM, Scanning Electron Microscope) lub transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM, Transmission Electron Microscope). Powiększenia wykorzystywane przy obserwacji przekraczają 50x. Najczęściej stosowane powiększenia mieszczą się w zakresie 100-500x dla mikroskopów metalograficznych, a w przypadku mikroskopów elektronowych, nierzadko przekraczają 15000x.

W obu przypadkach, obserwacje zgładów metalograficznych można przeprowadzać na próbkach nietrawionych lub na trawionych, w jasnym bądź ciemnym polu obserwacji, w zależności od założonego celu badań.

Preparatyka zgładów metalograficznych obejmuje:

Cięcie

Cięcie przeprowadza się na piłach lub przecinarkach taśmowych bądź tarczowych, w celu wyodrębnienia obiektu do badań z większego elementu. Wycięte próbki mogą być poddawane frezowaniu lub szlifowaniu na szlifierce do płaszczyzn.

Inkludowanie

Próbki do badań można inkludować w żywicy termoutwardzalnej oraz praski do inkludowania lub ręcznie – z wykorzystaniem żywicy chemoutwardzalnej. Inkludowanie stosuje się głównie dla małych elementów, aby umożliwić automatyczne szlifowanie i polerowanie.

Szlifowanie

Szlifowanie przeprowadza się na szlifierkach z wykorzystywaniem materiałów ściernych zawierających Al₂0₃, w postaci np. wodnych papierów ściernych o gradacji od 80 do 600 dla zgładów do badań makroskopowych lub do 2000 dla zgładów do badań mikroskopowych. W trakcie szlifowania, obraca się przygotowywaną próbkę o kąt 90^o, tak aby zniknęły wcześniej powstałe rysy. Szlifowanie należy przeprowadzać na coraz drobniejszych papierach ściernych, tak aby eliminować powstawanie strefy Beilby’ego.

Sprawdź także: Pomiary twardości

Polerowanie

Polerowaniu podlegają zgłady metalograficzne mikroskopowe, w celu uzyskania lustrzanej powierzchni – bez rys, które utrudniają obserwacje. Polerowaniu może odbywać się w sposób mechaniczny lub elektrolityczny. Polerowanie mechaniczne przeprowadza się na szlifierko-polerkach metalograficznych z wykorzystywaniem sukien polerskich i zawiesin diamentowych lub krzemionkowych. Polerowanie elektrolityczne polega na anodowym rozpuszczaniu powierzchni próbki, jednak z uwagi na trudniejszy dobór parametrów jest rzadziej stosowany.

Trawienie

Trawienie przeprowadza się z wykorzystaniem odczynników lub mieszanin chemicznych takich jak: Nital, Odczynnik Adlera, Odczynnik Anczyca, Odczynnik Baumanna, Odczynnik Fry, Odczynnik Heyna, Odczynnik Jacewicza, Odczynnik Oberhoffera. Trawienie, może odbywać się na różne sposoby np. przez pocieranie, zanurzanie czy trawienie elektrolitycznie, ma na celu między innymi ujawnienie granic ziaren oraz składników strukturalnych.

Podczas badań metalograficznych makroskopowych można zaobserwować między innymi: nieciągłości materiału, strukturę pierwotną lub wtórną materiału, a w przypadku złączy spajanych niezgodności spawalnicze, geometrię i budowę złącza w tym strefę wpływu ciepła (HAZ, ang. heat affected zone).

Obserwacje metalograficzne mikroskopowe na zgładach nietrawionych umożliwiają obserwacje mikropęknięć lub innych nieciągłości materiału, rodzaju wtrąceń, a także kształtu oraz dyspersji wydzieleń grafitu w żeliwie. Badania metalograficzne mikroskopowe na zgładach trawionych, natomiast pozwalają na obserwacje mikrostruktury materiału, kształtu i wielkości ziarn, zawartości poszczególnych składników (np. zawartości ferrytu w stali duplex), grubości warstw i powłok, a nawet przebiegu nieciągłości i dokładnej lokalizacji niezgodności spawalniczej.

Poniżej przedstawiono przykładowe mikrografie wraz z opisem.