Металлография: качественная, количественная, стереометрическая

Что можно узнать, изучая науку металлография?

В раздел металловедения, являющимся одним из наиболее обширных подразделов материалографии, входит наука металлография, целью которой является оценка и изучение внутрикристаллического строения металлов и их сплавов, а также структуры данных соединений.

Она изучает особенности атомно-кристаллического строения металлов, их структуру (макро- и микро составляющие), закономерности образования, а также влияние ее на различные свойства металлов (электрические, механические и магнитные). Значение этих параметров позволяет выбирать материалы, которые в дальнейшем будут использоваться в качестве базовых оставляющих для конструкций деталей и механизмов, используемых в современной науке и технике. Сегодня, как и прежде, существует высокая потребность в подобных научных методах анализа, как у исследователей, так и у рядовых инженеров. По этой причине металлографию можно считать самым востребованным и распространенным в современной промышленности методом совершенствования существующих металлов и разработки новых сплавов (например, обладающих высокими технологическими свойствами).

Немного о макро- и микроструктурах

Для изучения макроструктуры металлов и сплавов используют относительно небольшое увеличение (примерно в 30-40 раз). Макроструктура характеризуется:

• различной формой и расположением кристаллитов больших размеров;
• наличием определенных дефектов, имеющихся в металле;
• возможным присутствием примесей и нежелательных добавок неметаллического происхождения.

Изучение и наблюдение за микроструктурой осуществляется при помощи электронного или светового микроскопа, а также дифрактометра. Чтобы пронаблюдать изменения, происходящие при нагревании металла, используют высокотемпературные микроскопы.

Металлография позволяет установить точную взаимосвязь между структурой металла и его свойствами. По уже установленным закономерностям создания известных структур можно спрогнозировать и получить необходимые свойства в новых, разрабатываемых сплавах.

Однако наука металлография занимается не только принципами образования структур. Важным ее направлением является изучение металлов при проведении следующих опытов:

• пластической деформации;
• кристаллизации;
• рекристаллизации.

В частности с помощью металлографии можно выяснить, по каким причинам возникает именно такая, а не иная текстура металла, обуславливающая анизотропию свойств при данных процессах.

Методики исследования структуры металлов

Суть данной методики заключается в изучении и наблюдении за металлической структурой на шлифах. Шлиф – это такая поверхность, которую специально подготавливают для исследований. Она гладкая и плоская. Процесс подготовки шлифа состоит из шлифовки поверхности металла с последующей полировкой.

Химические методы

На следующем этапе процесса исследования происходит определение типа структуры. Для этого, как правило, прибегают к способу химического травления специальным реактивом, которым воздействуют на поверхность шлифа. В результате проявляются особенности кристаллического строения металла, становится видна вся его микро- и макроструктура, а именно наличие включений и примесей неметаллического происхождения, трещин, пор, фаз, границ зёрен, соли и прочих особенностей.

Однако одним методом химического травления обычно не ограничиваются. Дополнительно применяются другие подходы – электролитическое травление и магнитная металлография. Достаточно часто практикуются такие способы, как катодное распыление, травление в расплавленных солях, определение микроструктуры по изменившемуся объёму, тепловое травление.

Физические методы

К таковым относятся: рентгеноструктурный анализ, неразрушающий контроль металла, определение эл. сопротивления и теплоёмкости.

Качественная металлография

На практике микрочастицы принято оценивать и характеризовать качественными понятиями, такими как зернистая, четкообразная или пластинчатая микрочастица (если речь идет о форме микроэлементов цементита в перлите). Встречается и полуколичественная оценка, основанная на использовании условных баллов и специальной шкалы структур. Она представляет собой набор терминов, упорядоченных в определённую последовательность.

Количественная металлография

Данный вид исследования изучает количественные микроструктурные свойства и характеристики металлов. Этим разделом науки стали заниматься сравнительно недавно и только благодаря появлению аналитического анализатора изображений. Количественная металлография пока находится на начальном этапе своего перспективного развития.

Основное направление деятельности количественной металлографии – это измерение, классификация и подсчет элементов, попадающих в поле зрения исследователя. В качестве элементов здесь выступают микрочастицы пространственной микроскопической структуры. Это могут быть зёрна, кристаллиты, всевозможные включения, выделения и др., либо специальные образования: точечные, линейные, ареальные (плоскостные, включающие точки, линии, грани стыковки микрочастиц).

По завершению этой операции металлографии на выходе получают количественные показатели зерна или параметры фаз, входящих в состав сплава.

Стереометрическая металлография

Она представляется системой методов анализа, используя которые на основе данных плоскостной структуры (фазового состава, дисперсности, числа микрочастиц в определённом объёме, их геометрических размеров и формы, гранулометрического состава и других показателей) получают полное представление о реальном строении сплава в пространстве. Другими словами, стереометрическая металлография представляет собой комплекс методов, направленных на оценку количества пространственной структуры микрочастиц металлов и сплавов.

Если подытожить вышеизложенное, то металлографию можно отнести к стереологистическим методам определения микроскопического строения металлов. Качественный метод считается наиболее подходящим для описания структуры металла и её составляющих: типа, размера, формы частиц, взаимного расположения выявленных фаз и т.д. Для этого используются баллы, а также условные обозначения. Сравнение производится с ранее разработанными эталонными образцами микроструктур. При помощи количественных методов изучают пространственное устройство структуры, подсчитывая (измеряя) численные параметры полученного микроскопического изображения.