Содржина

Содржина-----------------------------------------------------------------------------------------2

Вовед----------------------------------------------------------------------------------------------3

Примери(слики)---------------------------------------------------------------------------------5

Металографски микроскоп------------------------------------------------------------------10

Аlternatives--------------------------------------------------------------------------------------12

Електронски микроскоп---------------------------------------------------------------------13

Примери-----------------------------------------------------------------------------------------16

Користена литература------------------------------------------------------------------------20

Заклучок-----------------------------------------------------------------------------------------21

Вовед

*Металографијата претставува изучување на структурата на металите и

легурите со различни методи , особено со оптички микроскоп и електронски

микроскоп како и со дифракција на x – зраци.

*Ако земеме било какво метално парче и го набљудуваме со голо око тоа

изгледа еднолично и хомогено, меѓутоа ако тоа парче е претходно подготвено и

го пдгледнеме под микроскоп ќе уочиме дека металите и легурите најчесто се

составени од повеќе разновидни зрна. Структурата на зрното која се гледа под

микроскоп се нарекува се нарекува структура на легурата а поединечните

различни зрна ја претставуваат микроструктура. Обликот на структурата зависи

од составот и од обработката на легурата и затоа за парчиња на иста легура но

секое различно обработено (лиено, калено, жарено, итн) ќе добиеме и различна

стуктура.

*При набљудување со микроскоп се добива слика за структурата на

металот, но за да добиеме верна слика парчето што го набљудуваме да има

мазна и фина површина. Бидејќи најчесто површината на металот има

несовршености (корозија, рапавост и нерамнини или е обоена и слично) затоа

мора претходно да се избруси и исполира. При брусењето важна е положбата на

брусење на примерокот.

*Пр. Кај валаните лимови има разлика меѓу надолжните, попречните

избрусени примероци и површинските. Кај надолжниот пресек површината на

примерокот е во правец на површината на парчето, ама е паралелен со правецот

на валање. Површината на попречниот пресек на примерокот е иста во правец

на површината и во правец на валањето. А кај површинските е еднаков

примерокот со површината на парчето. На сликите 1,2 и 3 се претставени

различни структури кај исто парче челичен лим (ферит-светол,перлит-темен).

2

слика 1 Надолжен пресек

слика 2 Попречен пресек

слика 3 Површински примерок

Исто така важно е дали ја испитуваме површината или внатрешноста на

материјалот бидејќи тој може да биде нитриран, хромиран, цементиран,

поцинкуван итн или површината може да е оштетена (кородирана и сл.)

*Површината на примерокот се израмнува со турпија, а понатаму брусењето е

рачно или на ротирачки диск. Брусната хартија која се користи се состои од

подлога(платно, картон) на која се нанесува средство за брусење- SiC, Al2O3.

Многу е важно при процесот на брусење примерокот да не се загрее над

топлината на рацете за да не дојде до промена на структурата.

3

*После брусењето следува предполиранње со средство за полирање во

времетраење од 60min. Предполирањето трае се додека не се изгубат трагите од

брусењето.

Како средства за полирање се користат Al2O3 и MgO .

За завршното фино полирање се користи кожа, свила или сомот на која

се става дебел слој MgO.

Во некои случаи брусењето и полирањето може да се заменат со хемиско

полирање на примерокот.

Многу глатка површина се добива со електролитичко полирање(слика 4)

при што примерокот прво се бруси со брусна хартија.

слика 4 Шема на апаратура за електролитичко полирање

*Нагризување – следен чекор во подготовката на материјалот, под

нагризување на зрната се подразбира такво нагризување при кое се нагризуваат

границите на зрното на металот или легурата се додека не се разликуваат

различните зрна по бојата. (Примери на сликите 5-21)

слика 5 Исполиран примерок Al со 3% железо без нагризување

4

слика 6 Нагризување на границите на зрната,

чисто железо во 1% азотна киселина во алкохол

слика 7 Нагризување на површина на зрна,

чисто железо нагризано 5 мин во 3% азотна киселина во алкохол

слика 8 Нагризување на површина на

зрна,Al со 4% Cu нагризан според Дих и Келер

слика 9 Нагризување на површина на зрна, чист Al нагризан со HCl и HF

5

слика 10 челик со 1,3 С, 1,5 Cr и 2% W

железо-карбид е темно а хром-карбид останува бел

слика 11 Штрафирано нагризување,Al-Zn-Mg

легура нагризана со 1% натриум хидроксид

слика 12 Релјефно полирање, челик со

1,3%С

6

слика 13 Нагризување кое ги дава фигурите

на нагризувањето, чисто железо. Нагризано со бакар-амониум-хидроксид

слика 14 Длабоко нагризување, челик со 0,9%С

слика 15 Термичко нагризување

слика 16 Остро раздвоено двоструко

нагризување на челик. Нагризувањето долу е извршено со раствор на азотна

киселина и алкохол а горе е со Оберхофлеровото средство

7

слика 17 Огноотпорен аустенитен-феритен

челик, 1100оС/вода + 10h 700оС. Нагризано со царска вода

слика 18 Челикот е електролитички

нагризан со воден раствор

слика 19 Челик како на слика 18 кој е

нагризан на топло. Аустенитот е сув, карбидите се црни, феритот е бел

8

слика 20 Огноотпорен аустенитен-феритен

челик 1100оС/вода + 10h на 900оС, нагризан со електролитички со калиум ацетат

слика 21 Челик како на слика 20 кој после

полирање е електролитички нагризан со хромна киселина

Металографски микроскоп

Структурата на легурите и металите не е видлива со голо око и затоа се

користат апарати за зголемување како лупи и микроскопи

*Оптички микроскоп или светлосен микроскоп е оној микроскоп кој ја

користи видливата светлина и систем од леќи за да ги зголеми сликите од мали

примероци. Оптичките микроскопи се најстари и наједноставни за употреба.

9

Металографски микроскоп е оптички

микроскоп кој се разликува од другите оптички микроскопи во осветлувањето

на набљудуваниот примерок.

Изгледот на микроскопот: статив на кој се наоѓаат подесувачите (фин и

груб), платформа која се движи вертикално на која е поставен примерокот,

најгоре е поставен окуларот, а најдолу уредот за осветлување на објектот.

*Optical path in a typical microscope

The optical components of a modern microscope are very complex and for a

microscope to work well, the whole optical path has to be very accurately set up and

controlled. Despite this, the basic operating principles of a microscope are quite

simple.

10

The objective lens is, at its simplest, a very high powered magnifying glass i.e.

a lens with a very short focal length. This is brought very close to the specimen being

examined so that the light from the specimen comes to a focus about 160 mm inside

the microscope tube. This creates an enlarged image of the subject. This image is

inverted and can be seen by removing the eyepiece and placing a piece of tracing

paper over the end of the tube. By carefully focusing a brightly lit specimen, a highly

enlarged image can be seen. It is this real image that is viewed by the eyepiece lens

that provides further enlargement.

In most microscopes, the eyepiece is a compound lens, with one component

lens near the front and one near the back of the eyepiece tube. This forms an air-

separated couplet. In many designs, the virtual image comes to a focus between the

two lenses of the eyepiece, the first lens bringing the real image to a focus and the

second lens enabling the eye to focus on the virtual image.

In all microscopes the image is viewed with the eyes focused at infinity (mind that the

position of the eye in the above figure is determined by the eye's focus). Headaches

and tired eyes after using a microscope are usually signs that the eye is being forced to

focus at a close distance rather than at infinity.

Alternatives

In order to overcome the limitations set by the diffraction limit of visible light

other microscopes have been designed which use other waves.

Atomic Force Microscope (AFM)

Scanning Electron Microscope (SEM)

Scanning Tunneling Microscope (STM)

Transmission Electron Microscope (TEM)

X-ray microscope

The use of electrons and x-rays in place of light allows much higher resolution

- the wavelength of the radiation is shorter so the diffraction limit is lower. To make

the short-wavelength probe non-destructive, the atomic beam imaging system (atomic

11

nanoscope) has been proposed and widely discussed in the literature, but it is not yet

competitive with conventional imaging systems.

STM and AFM are scanning probe techniques using a small probe which is

scanned over the sample surface. Resolution in these cases is limited by the size of the

probe; micromachining techniques can produce probes with tip radii of 5-10 nm.

Additionally, methods such as electron or X-ray microscopy use a vacuum or

partial vacuum. The specimen chambers needed for all such instruments also limits

sample size, and sample manipulation is more difficult. Color cannot be seen in

images made by these methods, so some information is lost. They are however,

essential when investigating molecular or atomic effects, such as age hardening in

aluminium alloys, or the microstructure of polymer

Електронски микроскоп

*Електронски микроскоп е тип на микроскоп и научен инструмент кој се

користи за зголемување до еден милион пати и затоа е подобар од оптичкоит

микроскоп кој може да достигне зголемување најмногу до илјада пати.

Scanning Electron Microscopes (SEM) use focused beam of electrons,

scanning in vacuum the specimen surface, imaging one point at a time.The interaction

of the electron beam with every point of the specimen surface is registered, forming

the entire image.

Since the wavelength of the electron beam is much lower than wavelength of

the visible light, the magnification of SEM is much higher (thousands of times), than

that of optical microscopes.

Resolution of SEM is about 1nm to 20 nm.

12

Electrons in the electron gun are emitted from the cathode and accelerated by the

anode to the energy 1 – 50 keV.

The electron beam is condensed by the condenser lenses (one or two).

Magnetic field, produced by the scan coils deflects the electron beam back and

forth.

The electron beam, focused by the objective lens to very fine spot (1-5 nm),

scans the sample surface in a raster pattern.

Primary electrons interact with the atoms of the sample surface, causing

emissions of the secondary electrons, which are detected, producing the image.

The backscattered electrons of the electron beam may also be detected.

The backscattered electron image is used for contrasting the sample regions,

having different chemical compositions.

13

Transmission electron microscope (TEM)

The original form of electron microscope, the transmission electron

microscope (TEM) uses a high voltage electron beam to create an image. The

electrons are emitted by an electron gun, commonly fitted with a tungsten filament

cathode as the electron source. The electron beam is accelerated by an anode typically

at +100 keV (40 to 400 keV) with respect to the cathode, focused by electrostatic and

electromagnetic lenses, and transmitted through the specimen that is in part

transparent to electrons and in part scatters them out of the beam. When it emerges

from the specimen, the electron beam carries information about the structure of the

specimen that is magnified by the objective lens system of the microscope. The spatial

variation in this information (the "image") is viewed by projecting the magnified

electron image onto a fluorescent viewing screen coated with a phosphor or

scintillator material such as zinc sulfide. The image can be photographically recorded

by exposing a photographic film or plate directly to the electron beam, or a high-

resolution phosphor may be coupled by means of a lens optical system or a fibre optic

light-guide to the sensor of a CCD (charge-coupled device) camera. The image

detected by the CCD may be displayed on a monitor or computer.

*X-Ray Microanalysis

Interaction of the electron beam with the specimen atoms results in emission

of x-rays, which are detected and analyzed by X-Ray Spectroscope. This allows to

produce qualitative and quantitative analyses of the different regions of the sample.

14

Примери:

Shows the grain structure of an austenitic stainless steel NF709, observed using light

microscopy on a specimen polished and etched electrolytically using 10% oxalic acid

solution in water. Many of the grains contain annealing twins. NF709 is a creep-

resistant austenitic stainless steel used in the construction of highly sophisticated

power generation units.

Micrograph of Al-33%wtCu alloy

This specimen has been metallographically prepared (mounted, ground and polished) and then etched in dilute (10%) nitric acid which stains the surface of the theta phase brown/black whilst leaving the alpha phase unattacked - thus appearing white. The specimen was then photographed under a microscope. The scale is shown in the bottom corner of the micrograph

15

Cast iron EN-GJS-500-7, etched 3% Nital, perlite + (bull's eye) ferrite / spherical

graphite, magnification 100:1 (if printed 12 x 9 cm)

Bainitic zone in welding of

DQSK (draw quality semi-killed) steel (mild steel). Transmission electron microscopy

(TEM) image.

16

 From the picture, we can see the corrosion at the outer layer of the metal. And the

corrosion is also already pass the grain boundaries and also will be going to pass

another grain. This corrosion rate can be measured by measuring the depth of the

corrosion scale and the depth interdiffusion scale. In this case, we can identify how to

protect this metal, so this thing didn’t happen anymore.

 

Graphite cast iron, 2% nital etchant, 500X

17

 

Martensite in optical microscope.AISI 4140 steel austenitized at 850 degrees Celsius and then oil-quenched to room temperature

18

Користена литература

“Metalografija„ D-r Herman Schumann (prevod sa nemackom jazika 9.izdanja.1975)

http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=macro-

examination_of_metallographic_specimens

http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=metallographic_examination-

introduction

http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=metallurgical_microscope

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_microscopy

http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope

http://en.wikipedia.org/wiki/Metallography

http://en.wikipedia.org/wiki/Microstructure

19

Заклучок

Металографијата претставува изучување на структурата на металите и

легурите со различни методи , особено со оптички микроскоп и електронски

микроскоп како и со дифракција на x – зраци.

Прво се собираат информации за хемискиот состав, обработката на

топло, останатите обработки и фазниот дијаграм. Парчето метал или легура се

сече на потребната големина за потоа подлегне на различни обработки

(брусење, полирање, нагризување со киселина кое се употребува често но не

мора да се употреби бидејќи понекогаш може и после полирање да е возможно

набљудувањето на примерокот ) за да може на него да се набљудуваат

различните структури (на пр.фазите во железото: аустенит, перлит, матрензит,

баинит, ферит и др.). Овие структури можат да се набљудуваат со помош на

оптички и електронски микроскоп при што секој од нив има свои предности и

недостатоци.

Додека електронскиот микроскоп постигнува огромно зголемување,

оптичкиот пак, ги дава сликите во боја што е потребно при одредени

испитувања, при споредувањето може да ја спомнеме и цената на уредот

бидејќи електронскиот микроскоп е многу скап уред а оптичкиот е ефтин.

Металографското испитување ни користи за изучување на металите и

легурите на микроскопско ниво при што се утврдуваат микроструктурата, како

и грешки, корозија итн.

На крајот на испитувањето се врши споредба на добиените резултати со

очекуваната микроструктура од рамнотежниот фазен дијаграм.

20