Embed Size (px)
Citation preview
מיכאל מזרחי: אחראי מעבדהמשה אליהו: מדרי� מעבדה
.מטלוגרפיהכרת השל בי� להכנת דג � * , ה מאפשר לראות גרעיני�מטלוגרפ יהכרת השי מוש ב מי קרוס קופ *
. ואזורי ה תבדלות, פאזות שו נו ת. בחינת שלו שה דגמ י� שו ני� תחת ה מי קרוסקופ *
מטרו ת המעבדה
רקע תיאורטי. של חומרי�המיקרומבנה היא לספק מידע אודות המטלוגרפיהמטרת *
כבישה , ערגול(מבנה החומר מסוגל לספק מידע על תהליכי עיבוד מכאניי� שהחו מר עבר *טיפולי פני שטח , )'וכוהרפיה , חיסו�(טיפולי� תרמיי� אשר נעשו עליו במהל� הייצור , )'וכו
).למשל קרבוניזציה(והקשיה ) לתכונת החומרמיקרובנה לקשר בי! דוגמאהת! : שאלה(
ולהבחי! בי! האזורי� השוני� במבנה יש צור� המיקרומבנהעל מנת שנית! יהיה ל חשו" את *.מטלוגרפי שלבי� להכנת דג� בסידרת
מב נה גרעי ני� מואר� בכיוו� . ש ל פלדהמטל וגרפיחת� : 1איור .ופרליט פריט �המב נה כו לל שת י פאזו ת . אחיד כתוצאה מפעו ל ת ערגו ל
//:www.ifaisrael.com/h_metallography.aspxhttpהמכו לחקר הכשל
ש ל פלדה קשה מטל וגרפיחת� : 2איור . עדי�מרטנז יטי המכי ל מבנה
//:www.ifaisrael.com/h_metallography.aspxhttpהמכו לחקר הכשל
מהל� הניסוי:מטלוגפי� במהל� המעבדה נכי� שלושה דגמי�
)דג� נגיפה (1040פלדה - Aדג� • פ לדה ע� אחוז פחמ� לא ידוע שעברה ערגול � Bדג� •
בקור פלדה ע� אחוז פחמ� לא ידוע אשר נלקח – Cדג� •
A.C 600 �מעוג� ביזנטי עתיק
מהל� הניסוי: כוללת את השלבי� הבאי�מטלוגרפיהכנת דג�
.חי תו� הדג�. א) . בבקליט או בא פוקסי(קיבוע הדג� . ב.השחזה. ג. ליטוש. ד. איכול. ה
חיתוך הדגם. א.יש לחתו את הדג� במידה קטנה מספיק שתיכנס לתו תבנית הקיבוע•, במקרי� בה� נרצה להתחקות אחר היסטורית הייצור של פריט מסוי�•
, לדוגמא במ קרה בו יהיה לנו חשוב לדעת א� הדג� עבר עיבוד בקור נצטר לבחור לחתו דג� מאזור מסוי� של הפריט וכ� נצטר לחתו
א� ) כיווניות (אנאיזוטרופיותשלושה מישורי� מאונכי� על מנת לזהות .ישנה
. ר קריסטליזציהמתרחשת ה ינו ח� ולכ� מ ידהעיר גו לבמקרה זה . מע ירגו ל כתוצא ה במיקרו מבנה ל אנאי זוטרופי ותדוג מא :3איור אנאיזוטאופיות
FH
G
Zone a
Zone b
Zone a
Zone b
FH
G
Y z
x
)Cדוגמא מדג� (חי תו � הדג� . א
.מטלוגרפיי� חיתו� לצור� הכנת דג מי � אי זו רידוגמ א לבח ירות : 4איור
קיבוע הדג� . במדוע אי אפשר להשחיז וללטש את הדג� ישירות ? למה בכלל צרי� לקבע:1שאלה •
?ללא קיבוע? מתי נעדי� לקבע בתבנית אפוקסי ומתי בתבנית בקליט:2שאלה •
קיבוע באפוקסי קיבוע בבקלי ט
בקליט
בוכנה תחתונהגוש מתכת
אבקה
אלמנט חימו�
בוכנה עליונה
מד חו�לח�
)א(
)ב( . יצוקי� באפוק סימטלוגרפי� של ד גמי� ד�גמא ות: 6איור . ע� אבקת בק ליטמטלוגרפימתק � ל הכנת דג� : 5איור
השחזה. גכא שר , )כמור אה ב טבלה למ טה (ההש חזה צריכה ל היעשו ת ב שלבי � מ השחז ה ג סה ל עדינה •
המ טלוגר פ י וא� ר צוי להתבונ� במי ק רוסקופ 900במעבר בי� ש לבי� יש ל סובב א ת כיו� הדג� ב . ולוודא ש השרי טות ש ל ה ש לב ה קוד� נעל מו באו פ� מ ספ ק
European USA Grit Average size
)m(µ Average size
)m(µ Grit
P40 412 428 40 P80 197 192 80 P120 127 116 120 P180 78 78 180 P240 58 53 240 P320 46 36 320 P400 35 23 400 P600 25 16 600 P800 22 12 800 P1000 18 9.2 1,000 P1200 15 P4000 6.5
6.5 1,200
). מידו ת אירופאיו ת ואמרי קאיו ת( של ניירות השחזה שונ י� חיספוסמידות : 7איור
ליטוש. דמנת ל הסיר "ע ל , תר חי� יהל ו�/ או משח תאלו מינההליטו ש נ עש ה בא מ צעות בדי לטו ש וא בקת •
. ח סר שריט וט מהו תיות, את סימני ה הש חז ה כ# שי תקב ל דג� מלוט ש : כפי המתו אר בטב לה ה באה, נית� לבצע א ת ה לי טוש ב שלבי �•
כתוצאה מ גדל י� שוני� של אבקת י הל ו�, מידות ליטוש שונו ת: 7איור
(Etching)איכול . ה. פאז י-ה חומר הרב לאחר ה לי טו ש עדיין איננ ו יכו לים לה בחין בי ן הפ אזו ת השונ ו ת בגרעיני •
. צורבים את הדגם בחומצ ה ה מת אי מ ה לחו מר, לצורך הבחנה ב ין הגרעיניםפא זה , בנתך בעל ש תי פ אזו ת. החומצ ה ת וקפ ת בצורה מועד פת א ת גבול ו ת הגרעינ י ם•
) לה ל ן אי ור ( אחת רגישה י ו תר לה ת קפה כי מ ית ו אז אפשר לה בחין גם בין הפאז ות ה שונו ת
.פאזיחומר חד. א
אחרי איכוללפני איכול
אחרי איכוללפני איכול
.פאזיחומר דו. ב
α αα ααα
ααα α ββ
.פאזיחומר חד. א
אחרי איכוללפני איכול
אחרי איכוללפני איכול
.פאזיחומר דו. ב
α αα ααα
ααα α ββ. חו מר דו פאזי) ב. חומר חד פאזי ) א: פגיעה ו החזר ה של קרני אור לפני וא חרי איכו ל של: 8איור
תא ור עקרו� הפ עול ה ש ל מיקרו סק ופ מט לוגר פי
האוביקטיבעדשת
A B C
A B C
מראה חצי שקופה
דג�
עדשה מרכזת
האוקולרעדשת
נורה
)ב()א(
)עדשת עי�(
)עדשת הדג�(האוביקטיבעדשת
A B C
A B C
מראה חצי שקופה
דג�
עדשה מרכזת
האוקולרעדשת
נורה
)ב()א(
)עדשת עי�(
)עדשת הדג�(
: האוקולר להגדלת האוביקטיב ההגדלה הסופית הינה מכפלה בי� הגדלת :(Magnitude)ההגדלה : לדוגמא X מסומנת בסימ� Mההגדלה הסופית
.
100×
21 MMM ×=
המטלוגרפ י רכיבי המ יקרוסקופ : 9איור מטלוגרפי במ יקרוסקופ ) פ גיעה וה חזרה(דר� קרני האור : 10איור
1
פחמן0%מטלוגרפיאפיו� , פחמ��מערכת ברזל: נספחי�
.א"אוניברסיטת ת, תמונות הנספחי� לקוחות מקורס מדע והנדסת חומרי�
ידי -בוצ ע תהליך של שריפ ת פח מן על . הדגם עש וי מפלדה עניי ה בפחמ ן שהתק בלה מהת עש ייה הצ באית.דיפוז י ה מפנים הדגם כלפי חוץ ו שריפת הפחמ ן . דקרבורזציה
) ב רזל נ קי(פ חמן % 0 פ רי ט % 100
. הנקודות ה שח ורות בתוך הגר עינים הן ז יהומי ם של גופרי ת ו מנגן
xפי : הגדלה 2xפי : הגדלה
גרעין פריט זיהומי גופרית
2 פחמן0.3%
הוא המ בנה הפרליט. הוא עדין הדו מינ נט י הפריט. הפריט ע ל גבול ו ת פרליט מת בד לית בהגדלה גדולה נ ית ן לר או ת באזור ים מסו י מים את ה מבנ ה השכ בת י של למ ל ו–הכה ה . הפר לי ט
x300: הגדלה x600: הגדלה
= פרליטלמלות של צמנטיט+ פריט
3 פחמן0.5%
.הפרליט כעת הגורם הדו מ י ננטי הוא
x600: הגדלה
לסרוגין צמנטיט+ פריט = פרליטלמלות
x300: הגדלה
4 פחמן0.7%
ישנם מעט מאוד א זור ים של גרעינים קטנים ש ל ה פרליטבין גרעיני . גדוליםפרליטגרעיני .פריט
x600: הגדלה
או מנ גןגופריט זהומי
x300: הגדלה
פרליט
). צמ נט יטכך יודע י ם להבדי ל ב ין פר י ט לב ין (אחד לשני יש גבו לו ת גרעין פריט בין גרעין
פרליטפריט
% 100 י ש 0.8 -כי ב 0.8 - ומ כ פילים ב הפרליט מודדים את ש ט חי – הפ חמן ב פלדה% חי שוב ) . פרליט. רק עבור פלדות פחמ ן פשו ט ות בלי ח ומרי סג ס וגמתאים החי שוב *
5 פחמן0.8%רואים מבנה של למלות
.פרליט 100% עוב רים להגדל ה הגדו לה ורוא ים שגם הגרעינים הבה ירים – בה ירים וכה ים פרל יט יםישנם
.והבה ירו ת בגל ל כיוונ יו ת הגרעינים, מורכב ים בצורה שכבת ית מל מ לו ת
x300: הגדלהx600: הגדלה
6 פחמן1.4%פרליט
צמנטיט + פרליט).כך מבד י ל ים בינו לבי ן הפר י ט( ה וא חו מר קשה מא וד וה ו א נמצא בגבו לו ת הגרעין הצמנ טי ט
x300: הגדלהx600: הגדלה
7 Co650 -שעברה חיסום והרפיה ב פלדהקרבידים
- מ תוך מ בנה ה כתוצאה מהש תחררו ת ה פ חמן קרבידים ה תפ רק ונ וצרו המר טנז יטכמעט כל BCT . סורביט = קרבידים+ פריט . סורביטרואים כעט מבנ ה.שטח טוב בע יבוד שב בי -טיב פני , עמ ידות בנגיפה, נקבל כע ת פלדה עם קשי ות נמו כה ב י חס לחי סום * פלס ט ית כג ון דיפור מציהנ י תן לבצע כ עת (אפשרות לעיבוד , ) בגלל שהפחמ ן מ ס ו דר בצורה אחידה(
). כפיפה ופית ול
x300: הגדלהx600: הגדלה
פריט
core edge1 mm
12
3 4 5
6
7 8
200 µm 200 µm200 µm
(b)
(a)
(c) (d)
8
Fig. 2. Optical microscopy panorama image of the Anchor A metallography specimen from Zone A (Fig. 1) revealed a heterogeneous microstructure:Zone 1 shows large pearlite grains,Zone 2 shows pearlite matrix with widmanstatten ferriteZones 3 and 6 shows fine ferrite grains with pearlite on grain boundariesZone 4 shows large ferrite grains Zone 5 shows widmanstatten ferrite growth and pearlite phase, Zone 7 shows large ferrite grains Zone 8 shows corrosion area.
מיכאל מזרחי: אחראי מעבדהמשה אליהו: מדרי� מעבדה
.מטלוגרפיהכרת השל בי� להכנת דג � * , ה מאפשר לראות גרעיני�מטלוגרפ יהכרת השי מוש ב מי קרוס קופ *
. ואזורי ה תבדלות, פאזות שו נו ת. בחינת שלו שה דגמ י� שו ני� תחת ה מי קרוסקופ *
מטרו ת המעבדה
רקע תיאורטי. של חומרי�המיקרומבנה היא לספק מידע אודות המטלוגרפיהמטרת *
כבישה , ערגול(מבנה החומר מסוגל לספק מידע על תהליכי עיבוד מכאניי� שהחו מר עבר *טיפולי פני שטח , )'וכוהרפיה , חיסו�(טיפולי� תרמיי� אשר נעשו עליו במהל� הייצור , )'וכו
).למשל קרבוניזציה(והקשיה ) לתכונת החומרמיקרובנה לקשר בי! דוגמאהת! : שאלה(
ולהבחי! בי! האזורי� השוני� במבנה יש צור� המיקרומבנהעל מנת שנית! יהיה ל חשו" את *.מטלוגרפי שלבי� להכנת דג� בסידרת
מב נה גרעי ני� מואר� בכיוו� . ש ל פלדהמטל וגרפיחת� : 1איור .ופרליט פריט �המב נה כו לל שת י פאזו ת . אחיד כתוצאה מפעו ל ת ערגו ל
//:www.ifaisrael.com/h_metallography.aspxhttpהמכו לחקר הכשל
ש ל פלדה קשה מטל וגרפיחת� : 2איור . עדי�מרטנז יטי המכי ל מבנה
//:www.ifaisrael.com/h_metallography.aspxhttpהמכו לחקר הכשל
מהל� הניסוי:מטלוגפי� במהל� המעבדה נכי� שלושה דגמי�
)דג� נגיפה (1040פלדה - Aדג� • פ לדה ע� אחוז פחמ� לא ידוע שעברה ערגול � Bדג� •
בקור פלדה ע� אחוז פחמ� לא ידוע אשר נלקח – Cדג� •
A.C 600 �מעוג� ביזנטי עתיק
מהל� הניסוי: כוללת את השלבי� הבאי�מטלוגרפיהכנת דג�
.חי תו� הדג�. א) . בבקליט או בא פוקסי(קיבוע הדג� . ב.השחזה. ג. ליטוש. ד. איכול. ה
חיתוך הדגם. א.יש לחתו את הדג� במידה קטנה מספיק שתיכנס לתו תבנית הקיבוע•, במקרי� בה� נרצה להתחקות אחר היסטורית הייצור של פריט מסוי�•
, לדוגמא במ קרה בו יהיה לנו חשוב לדעת א� הדג� עבר עיבוד בקור נצטר לבחור לחתו דג� מאזור מסוי� של הפריט וכ� נצטר לחתו
א� ) כיווניות (אנאיזוטרופיותשלושה מישורי� מאונכי� על מנת לזהות .ישנה
. ר קריסטליזציהמתרחשת ה ינו ח� ולכ� מ ידהעיר גו לבמקרה זה . מע ירגו ל כתוצא ה במיקרו מבנה ל אנאי זוטרופי ותדוג מא :3איור אנאיזוטאופיות
FH
G
Zone a
Zone b
Zone a
Zone b
FH
G
Y z
x
)Cדוגמא מדג� (חי תו � הדג� . א
.מטלוגרפיי� חיתו� לצור� הכנת דג מי � אי זו רידוגמ א לבח ירות : 4איור
קיבוע הדג� . במדוע אי אפשר להשחיז וללטש את הדג� ישירות ? למה בכלל צרי� לקבע:1שאלה •
?ללא קיבוע? מתי נעדי� לקבע בתבנית אפוקסי ומתי בתבנית בקליט:2שאלה •
קיבוע באפוקסי קיבוע בבקלי ט
בקליט
בוכנה תחתונהגוש מתכת
אבקה
אלמנט חימו�
בוכנה עליונה
מד חו�לח�
)א(
)ב( . יצוקי� באפוק סימטלוגרפי� של ד גמי� ד�גמא ות: 6איור . ע� אבקת בק ליטמטלוגרפימתק � ל הכנת דג� : 5איור
השחזה. גכא שר , )כמור אה ב טבלה למ טה (ההש חזה צריכה ל היעשו ת ב שלבי � מ השחז ה ג סה ל עדינה •
המ טלוגר פ י וא� ר צוי להתבונ� במי ק רוסקופ 900במעבר בי� ש לבי� יש ל סובב א ת כיו� הדג� ב . ולוודא ש השרי טות ש ל ה ש לב ה קוד� נעל מו באו פ� מ ספ ק
European USA Grit Average size
)m(µ Average size
)m(µ Grit
P40 412 428 40 P80 197 192 80 P120 127 116 120 P180 78 78 180 P240 58 53 240 P320 46 36 320 P400 35 23 400 P600 25 16 600 P800 22 12 800 P1000 18 9.2 1,000 P1200 15 P4000 6.5
6.5 1,200
). מידו ת אירופאיו ת ואמרי קאיו ת( של ניירות השחזה שונ י� חיספוסמידות : 7איור
ליטוש. דמנת ל הסיר "ע ל , תר חי� יהל ו�/ או משח תאלו מינההליטו ש נ עש ה בא מ צעות בדי לטו ש וא בקת •
. ח סר שריט וט מהו תיות, את סימני ה הש חז ה כ# שי תקב ל דג� מלוט ש : כפי המתו אר בטב לה ה באה, נית� לבצע א ת ה לי טוש ב שלבי �•
כתוצאה מ גדל י� שוני� של אבקת י הל ו�, מידות ליטוש שונו ת: 7איור
(Etching)איכול . ה. פאז י-ה חומר הרב לאחר ה לי טו ש עדיין איננ ו יכו לים לה בחין בי ן הפ אזו ת השונ ו ת בגרעיני •
. צורבים את הדגם בחומצ ה ה מת אי מ ה לחו מר, לצורך הבחנה ב ין הגרעיניםפא זה , בנתך בעל ש תי פ אזו ת. החומצ ה ת וקפ ת בצורה מועד פת א ת גבול ו ת הגרעינ י ם•
) לה ל ן אי ור ( אחת רגישה י ו תר לה ת קפה כי מ ית ו אז אפשר לה בחין גם בין הפאז ות ה שונו ת
.פאזיחומר חד. א
אחרי איכוללפני איכול
אחרי איכוללפני איכול
.פאזיחומר דו. ב
α αα ααα
ααα α ββ
.פאזיחומר חד. א
אחרי איכוללפני איכול
אחרי איכוללפני איכול
.פאזיחומר דו. ב
α αα ααα
ααα α ββ. חו מר דו פאזי) ב. חומר חד פאזי ) א: פגיעה ו החזר ה של קרני אור לפני וא חרי איכו ל של: 8איור
תא ור עקרו� הפ עול ה ש ל מיקרו סק ופ מט לוגר פי
האוביקטיבעדשת
A B C
A B C
מראה חצי שקופה
דג�
עדשה מרכזת
האוקולרעדשת
נורה
)ב()א(
)עדשת עי�(
)עדשת הדג�(האוביקטיבעדשת
A B C
A B C
מראה חצי שקופה
דג�
עדשה מרכזת
האוקולרעדשת
נורה
)ב()א(
)עדשת עי�(
)עדשת הדג�(
: האוקולר להגדלת האוביקטיב ההגדלה הסופית הינה מכפלה בי� הגדלת :(Magnitude)ההגדלה : לדוגמא X מסומנת בסימ� Mההגדלה הסופית
.
100×
21 MMM ×=
המטלוגרפ י רכיבי המ יקרוסקופ : 9איור מטלוגרפי במ יקרוסקופ ) פ גיעה וה חזרה(דר� קרני האור : 10איור
1
פחמן0%מטלוגרפיאפיו� , פחמ��מערכת ברזל: נספחי�
.א"אוניברסיטת ת, תמונות הנספחי� לקוחות מקורס מדע והנדסת חומרי�
ידי -בוצ ע תהליך של שריפ ת פח מן על . הדגם עש וי מפלדה עניי ה בפחמ ן שהתק בלה מהת עש ייה הצ באית.דיפוז י ה מפנים הדגם כלפי חוץ ו שריפת הפחמ ן . דקרבורזציה
) ב רזל נ קי(פ חמן % 0 פ רי ט % 100
. הנקודות ה שח ורות בתוך הגר עינים הן ז יהומי ם של גופרי ת ו מנגן
xפי : הגדלה 2xפי : הגדלה
גרעין פריט זיהומי גופרית
2 פחמן0.3%
הוא המ בנה הפרליט. הוא עדין הדו מינ נט י הפריט. הפריט ע ל גבול ו ת פרליט מת בד לית בהגדלה גדולה נ ית ן לר או ת באזור ים מסו י מים את ה מבנ ה השכ בת י של למ ל ו–הכה ה . הפר לי ט
x300: הגדלה x600: הגדלה
= פרליטלמלות של צמנטיט+ פריט
3 פחמן0.5%
.הפרליט כעת הגורם הדו מ י ננטי הוא
x600: הגדלה
לסרוגין צמנטיט+ פריט = פרליטלמלות
x300: הגדלה
4 פחמן0.7%
ישנם מעט מאוד א זור ים של גרעינים קטנים ש ל ה פרליטבין גרעיני . גדוליםפרליטגרעיני .פריט
x600: הגדלה
או מנ גןגופריט זהומי
x300: הגדלה
פרליט
). צמ נט יטכך יודע י ם להבדי ל ב ין פר י ט לב ין (אחד לשני יש גבו לו ת גרעין פריט בין גרעין
פרליטפריט
% 100 י ש 0.8 -כי ב 0.8 - ומ כ פילים ב הפרליט מודדים את ש ט חי – הפ חמן ב פלדה% חי שוב ) . פרליט. רק עבור פלדות פחמ ן פשו ט ות בלי ח ומרי סג ס וגמתאים החי שוב *
5 פחמן0.8%רואים מבנה של למלות
.פרליט 100% עוב רים להגדל ה הגדו לה ורוא ים שגם הגרעינים הבה ירים – בה ירים וכה ים פרל יט יםישנם
.והבה ירו ת בגל ל כיוונ יו ת הגרעינים, מורכב ים בצורה שכבת ית מל מ לו ת
x300: הגדלהx600: הגדלה
6 פחמן1.4%פרליט
צמנטיט + פרליט).כך מבד י ל ים בינו לבי ן הפר י ט( ה וא חו מר קשה מא וד וה ו א נמצא בגבו לו ת הגרעין הצמנ טי ט
x300: הגדלהx600: הגדלה
7 Co650 -שעברה חיסום והרפיה ב פלדהקרבידים
- מ תוך מ בנה ה כתוצאה מהש תחררו ת ה פ חמן קרבידים ה תפ רק ונ וצרו המר טנז יטכמעט כל BCT . סורביט = קרבידים+ פריט . סורביטרואים כעט מבנ ה.שטח טוב בע יבוד שב בי -טיב פני , עמ ידות בנגיפה, נקבל כע ת פלדה עם קשי ות נמו כה ב י חס לחי סום * פלס ט ית כג ון דיפור מציהנ י תן לבצע כ עת (אפשרות לעיבוד , ) בגלל שהפחמ ן מ ס ו דר בצורה אחידה(
). כפיפה ופית ול
x300: הגדלהx600: הגדלה
פריט
core edge1 mm
12
3 4 5
6
7 8
200 µm 200 µm200 µm
(b)
(a)
(c) (d)
8
Fig. 2. Optical microscopy panorama image of the Anchor A metallography specimen from Zone A (Fig. 1) revealed a heterogeneous microstructure:Zone 1 shows large pearlite grains,Zone 2 shows pearlite matrix with widmanstatten ferriteZones 3 and 6 shows fine ferrite grains with pearlite on grain boundariesZone 4 shows large ferrite grains Zone 5 shows widmanstatten ferrite growth and pearlite phase, Zone 7 shows large ferrite grains Zone 8 shows corrosion area.
