Металлография: взгляд в сердце металла

Металлография - способ изучения физической структуры и состава металлов и сплавов на глубоком уровне. Применяется для анализа микроструктур, зерен, фаз, включений и других характеристик материала. 

Вооруженные этой методикой контролеры могут оценить качество металлопродукции, выявить причины возникновения дефектов и определить соответствие металлов требованиям технологических процессов или стандартов. Специалист, проводящий такой анализ, чем-то похож на детектива: он раскрывает детали, которые невозможно увидеть простому наблюдателю. И определяет, почему один сплав необыкновенно прочен, а другой проигрывает ему, подвергается коррозии или трещинам.

Металлографический шлиф
как главный предмет исследования

Метод металлографии основан на анализе объекта, который называется металлическом шлифом. Это тщательно подготовленный образец металла или сплава, поверхность которого отполирована до зеркального блеска для детального исследования. Такая идеальная гладкость позволяет подробно рассмотреть шлиф под микроскопом. 

Именно на этом уровне обнаруживаются мельчайшие элементы микроструктуры. Их изучение позволяет оценить качество металла в целом, определить причины его твердости или хрупкости, предсказать поведение в рабочих условиях и выявить возможные производственные проблемы.

Таким образом, металлографический шлиф - не просто образец, а инструмент, помогающий повысить качество и эффективность металлообработки. 

Металлографический анализ: 
от подготовки до исследования

Подготовка образца для металлографического анализа - многоступенчатый процесс. И от того, насколько корректно выполнены все этапы, зависят точность и достоверность результатов. К основным шагам относятся:

• отбор и фиксация образца. Специалисты выбирают подходящий участок материала для анализа, отделяют (отрезают) от него образец и уменьшают до необходимых размеров также при помощи резки. Для удобства кусок металла встраивают в монтажную смолу или в другой материал, который затвердевает и обеспечивает поддержку во время шлифовки и полировки;
• шлифовка металла сначала более грубыми абразивами, затем постепенно - более тонкими. Таким образом удаляют деформированный слой, образовавшийся при резке, и выравнивают поверхность;
• полировка образца до зеркального блеска. Достигается при помощи абразивных паст и тканей. Этот этап очень важен, так как царапины и искажения могут влиять на результаты анализа;
• травление. Для выявления микроструктуры образец обрабатывают специальными химическими реагентами – травителями. Они атакуют поверхность металла избирательно, подчеркивая разные фазы и границы зерен;
• очистка образца от остатков химикатов. Предотвращает дальнейшую реакцию и помогает получить четкое изображение при металлографии сплавов.

Порой на подготовку шлифа часто уходит больше времени, чем на само исследование.  

Преимущества оптических микроскопов 
при металлографии  

Для рассматривания образца чаще используют оптические микроскопы. Эта техника не так всемогуща, как электронная, но в данном случае прекрасно справляется с задачей и позволяет провести всесторонний анализ. Ключевые особенности оптики:   

• визуализация процессов. Мощные микроскопы позволяют не просто наблюдать свойства и дефекты материалов, а видеть их природу;
• неспособность разрушать. Методика не наносит вреда образцу, анализ проводится без изменения его исходной структуры. Это делает метод идеальным, когда требуется сохранение образца для дальнейшего использования или исследования;
• доступность и удобство. В сравнении с более сложными и дорогостоящими приборами металлографии оптические бюджетны и просты;
• возможность делать фотографии. С помощью оптической микроскопии можно не только наблюдать за микроструктурой в реальном времени, но и фиксировать полученные изображения для документирования и последующего анализа;
• многообразие и адаптивность. Разные типы оптических микроскопов используют разные техники освещения (например, поляризованный свет, темное поле). Это позволяет “приспособить” метод под конкретные задачи.

Несмотря на то, что развитие технологий привело к появлению более точных методов анализа, оптическая микроскопия по-прежнему не сдает позиций в металлографии. Она очень доступна и эффективна.

Виды дефектов, выявляемых 
металлографическим анализом

Метод металлографии может выявить разные типы структурных дефектов, которые способны повлиять на свойства и эксплуатационные характеристики металлов. К таким несоответствиям относятся:

• поры и пустоты - внутренние воздушные карманы, которые часто возникают в процессе отливки или спекания, снижают механическую прочность и устойчивость к усталости.
• неметаллические включения - частицы оксидов, сульфидов, карбидов или других материалов, внедренные в матрицу. Они могут служить точками концентрации напряжений и инициировать трещинообразование;
• границы зерен. Структура, размер и распределение зерен в металле могут варьироваться, а аномалии на границах зерен - стать причиной ослабления материала;
• трещины и изломы. Результаты обработки, эксплуатации или производственных дефектов. Указывают на преждевременный износ или нарушение технологического процесса;
• фазовые трансформации. Неправильная термическая обработка может привести к нежелательным фазовым изменениям внутри сплава. Например, к образованию хрупких или мягких фаз, влияющих на прочность и твердость. Металлографический анализ способен их выявить;
• коррозия и эрозия. Процессы коррозии и эрозии тоже заметны на микроуровне. Они могут указывать на неправильный выбор материала или на воздействие агрессивной среды;
• сегрегация - неравномерное распределение легирующих элементов или примесей, которое может привести к локальным изменениям свойств металла;
• кристаллическая теснота - уплотнения кристаллов, возникающие в результате деформации и напряжений. Снижают пластичность и устойчивость к внешним нагрузкам.

Эти дефекты нередко становятся погрешностями технологий металлообработки. Разные ее методы могут модифицировать как внешние формы и размеры изделий, так и внутреннюю микроструктуру материала. Например, в процессе литья скорость охлаждения отливки может варьироваться, что влияет на размер зерен и на наличие внутренних напряжений. Медленное охлаждение обычно приводит к образованию крупнозернистой структуры, в то время как быстрое - к мелкозернистой.

Указывает металлография сплавов и на огрехи ковки и прокатки. Пластическая деформация при горячей или холодной обработке вызывает деформацию зерен металла, удлиняя их в направлении деформации. Это может улучшить механические свойства благодаря упрочнению зерен и формированию волокнистой структуры, но может вызвать и обратный эффект. 

Свой “диссонанс” в, казалось бы, идеальную композицию производственного процесса могут внести термическая обработка и сварка. Своевременный анализ образцов готовых изделий помогает выявить проблемы и подумать над тем, как с ними справиться. 

Предприятия нашего каталога могут выполнить для вас не только металлографию, но и другие исследования: от ультразвукового анализа до механических испытаний. И окажут широкую консультативную помощь по способам улучшения продукции. Обращайтесь!   

Тип анализа			Стоимость, руб.
Осмотр излома			от 1500
Изготовление и исследование макрошлифа			от 2500
Изготовление и исследование микрошлифа			от 3000
Определение микротвердости			от 1000
Фрактографический анализ			от 3500
Изготовление металлографических эталонов			от 2000