Металлографические микроскопы, их особенности и отличия

Чем могут отличаться микроскопы друг от друга

Современная оптическая промышленность предлагает пользователям широкий выбор устройств. Рассмотрим основные типы микроскопов:

1. Монокулярный. Наверняка многие видели простейшие модели на школьных уроках биологии и химии. Основное предназначение – поверхностное изучение различных образцов в лабораторных условиях.
2. Бинокулярные. Более продвинутая модель для анализа образцов под действием проходящих лучей в светлом поле. Отличаются глубокой контрастностью и большим уровнем увеличения. Существует множество насадок, призванных повысить заводские характеристики. Данные модели можно встретить в различных медицинских учреждениях.
3. Тринокулярные. Современные устройства для глубокого изучения структуры материалов. Тринокулярные стереоскопические микроскопы применяют для реализации методов флуоресцентных исследований в различных сферах деятельности.
4. Специальные. Выпускаются под определенные задачи в конкретных лабораторных условиях. Могут иметь любой тип конструкции.
5. Цифровые микроскопы. Еще один продукт современных технологий. В основе действия лежит метод анализа изображений, полученных с помощью цифровой аппаратуры. Комплект оборудования состоит из микроскопа и компьютера. Требует специального программного обеспечения.

Пробирный метод

Пробирный метод: Пробирная плавка основана на физико-химических закономерностях восстановления металлов, шлакообразования и смачивания расплавленными веществами. Основные этапы пробирного анализ на примера сплава серебра и свинца:

• Подготовка пробы
• Шихтование
• Тигельная плавка на свинцовый сплав
• Сливание свинцового сплава в железные изложницы для охлаждения
• Отделение свинцового сплава (веркблея) от шлака
• Купелирование веркблея (удаление свинца)
• Извлечение королька драгоценных металлов, взвешивание его
• Квартование (добавление серебра, по необходимости)
• Обработка королька разбавленной азотной кислотой (растворение серебра)
• Гравиметрическое (весовое) определение серебра

Чем обусловлена необходимость металлографических исследований

С помощью металлографии есть возможность изучать строение и структуру различных материалов. Анализ может показать, какие физико-химические изменения произошли в составе металлов и насколько они повлияли на снижение прочности деталей.

• определения, к какому типу относятся выявленные инородные вещества (дефект, зерно, неметаллические элементы);
• обнаружения трещин, пор, неоднородности структуры по сечению, надрывов (вследствие воздействия внешних факторов);
• оценки формы включений и их границы;
• определения количества микроскопических частей в области исследования, их объема и занимаемой поверхности;
• просчета площади конкретно взятого сечения микроскопических частей и его периметр;
• измерения твердости металла

Этапы и методы исследований

Комплексное изучение физического состава и структуры металла проводится в специализированных металлографических лабораториях. Несмотря на большое разнообразие методик, предназначенных для различных металлов и сплавов, в общем виде все исследования в металлографии включают в себя следующие этапы:

1. Подготовка металлографических шлифов — тонких полированных металлических пластинок.
2. Различные виды травлений и иные виды обработки шлифов.
3. Изучение структуры образца под микроскопом.
4. Анализ полученных изображений и описание результатов.

Подготовка образцов

В металлографии при подготовке исследуемых образцов применяют лабораторное оборудование, разработанное специально для их шлифовки, полировки и травления. Шлифовально-полировальные установки представляют собой станки с круглым вращающимся столом, на который крепится абразивная бумага или нетканый материал, пропитанный шлифовальной суспензией. Металлографические шлифы крепятся на оснастку при помощи термореактивных полимеров или эпоксидной смолы, а точность их прижима к шлифовальному кругу контролирует электронная система управления. После такой обработки отдельные структурные элементы металлографического образца хорошо видны даже невооруженным глазом, а другие становятся хорошо различимыми под оптическим микроскопом. Кристаллическая структура некоторых металлов не требует дополнительной химической обработки, т. к. хорошо проявляется в поляризованном свете. Для других материалов в металлографии обычно применяют химическое или электролитическое травление, которое делает более отчетливой структурную компоновку металлографического шлифа.

Оборудование

Размер зерен металлических материалов лежит в диапазоне от 1 до 1000 мкм. Поэтому при металлографических исследованиях применяют различные типы оборудования, обладающего соответствующей разрешающей способностью:

• световые оптические микроскопы с различными типами подсветки;
• просвечивающие электронные микроскопы;
• сканирующие электронные микроскопы;
• установки рентгеновской дифракции.

Применяемые в металлографии оптические микроскопы имеют разрешающую способность не более 0.2 мкм, при этом изучение образцов, как правило, производится при увеличении в диапазоне 50÷1000х. Также при металлографическом анализе применяют оборудование с гораздо меньшим увеличением, что позволяет включать в поле обзора крупные кристаллические образования, например, дендриты. Для повышения контрастности изображения микроскопы в металлографии оснащаются оптическими устройствами, позволяющими изучать объект в отраженном свете (по методу светлых или темных полей) и с подсветкой поляризованными лучами.

У используемых в металлографии сканирующих электронных микроскопов при увеличениях менее, чем 500х, четкость изображений становится ниже, чем у световых. А просвечивающие, как правило, не предназначены для использования на увеличениях менее 2000х. Установки рентгеновской дифракции применяются в металлографии реже, т. к. являются узкоспециализированными и больше предназначены для определения доли различных фракций, имеющих разные кристаллические структуры.

Определение количественных показателей

Количественная металлография применяется для оценки геометрических параметров и пространственного расположения кристаллических элементов и примесей с использованием различных видов математического моделирования. Это могут быть как простые методы интерполяции, основанные на измерении толщины слоя или видимых линейных размеров частиц, так и построение стереометрических моделей. В последнем случае в металлографии используют стереологические методы, которые позволяют получать количественную информацию о трехмерном объекте путем обработки данных, полученных на основании геометрических характеристик его двухмерных срезов.

Оборудование для испытания свойств материалов

Часто механические свойства материалов являются основными, поскольку готовые изделия в разных степенях подвергаются механическим нагрузкам. Выбор материала для определенной области применения также основывается на его механических свойствах: ударной прочности, удлинении при разрыве или пределе прочности. Конструкторам приходится руководствоваться опубликованными характеристиками различных материалов, каждый из которых имеет собственные реальные показатели. На практике эти характеристики могут отличаться от средних, что приводит к опасности неправильного выбора. Для определения реальных механических свойств различных материалов проводятся их механические испытания с использованием специального оборудования.

Оборудование для механических испытаний материалов

Для проведения стандартного набора механических испытаний материала используются:

• универсальные разрывные электромеханические машины;

• гидравлические разрывные машины;

Разрывные машины

Статические испытания материалов на сжатие, растяжение, изгиб, разрыв, прокол, сдвиг и адгезию проводят при помощи универсальных разрывных электромеханических машин. С их помощью определяются реальные механические свойства следующих материалов:

Измерение продольной деформации

Экстензометры представляют собой оборудование для измерения продольной деформации. Они могут оснащаться бесконтактными или контактными датчиками. Особенностью бесконтактных датчиков есть возможность проводить тестирование вплоть до разрушения материала без риска получить травму. Контактные датчики обладают большим диапазоном измерения с возможностью его плавной регулировки.

Испытания на растяжение

Горизонтальные испытательные машины предназначены для проведения испытаний на растяжение образцов материала. Они оснащаются гидравлическими захватами и экстензометрами для измерения поперечной и продольной деформации. Хорошо известны испытательные машины, которые выпускает .

Испытания на разрыв

При проведении испытаний на разрыв деталей и материалов используются гидравлические разрывные машины. Они дают точные сведения о прочности деталей и сопротивлении материалов. Машина оснащается электрогидравлическим приводом. Кроме испытания на разрыв при помощи этого оборудования тестируются металлы на сжатие, изгиб и растяжение.

Сопротивление удару и ударная вязкость

Для определения сопротивления ударному воздействию различных материалов используются маятниковые копры. Они позволяют измерять энергию разрушения металлических, пластмассовых, стеклянных, нейлоновых, керамических, каменных, асбестовых материалов на ударную вязкость при разных ударных изгибах.

Испытание термопластов

Для нахождения индекса расплава термопластов используются пластомеры. Существует несколько видов этого оборудования, отличающихся наличием вспомогательных систем и датчиков.

О том, как правильно выбрать металлографический микроскоп и методы исследований

Ассортимент современных металлографических микроскопов достаточно широк. Чтобы не ошибиться с выбором модели и получить прибор, подходящий для решения поставленных исследовательских задач, нужно четко определиться с типом изучаемых объектов и необходимой точностью исследований.Металлографические микроскопы используются для изучения шлифов металлических руд и металлов, а также структуры поверхности сплавов, пород и минералов. Для простейших исследований шлифов или небольших фрагментов пород, вполне подойдет один из упрощенных прямых микроскопов (оптическая часть над объектом) Альтами МЕТ 1М и МЕТ 2. Более крупные объекты удобнее изучать с помощью приборов с инвертированным расположением объектива, окуляра и насадки (под объектом): Альтами МЕТ 3, МЕТ 4 или МЕТ 5С. Принцип получения изображения, реализованный в конструкции всех перечисленных моделей, одинаков. Освещение препарата производится через объектив, луч света направляется перпендикулярно объекту, отражаясь от полупрозрачного зеркала. На обратном пути зеркало свет пропускает. Изображение формируется в результате отражения лучей от поверхности — так как интенсивность лучей разная, изображение, получаемое с прибора, точное и достоверное. Таким образом производится микроскопическое исследование объекта в светлом поле. При этом возможно также применение контрастирующих элементов: набора для поляризации, диафрагмы, светофильтров.

Для проведения более сложных исследований, требующих высокой точности, чаще всего применяется метод темнопольной микроскопии. Для этого требуется прибор с более сложной конструкцией. Это может быть микроскоп с прямым расположением наблюдательной части Альтами МЕТ 1МТ или инвертированные микроскопы Альтами МЕТ 3МТ, МЕТ 5 и МЕТ 6.Для осуществления микроскопического исследования объекта в темном поле в конструкции перечисленных моделей предусмотрено наличие специальной диафрагмы, предназначенной для формирования кольцевого светового потока. Последний, направляясь перпендикулярно поверхности исследуемого препарата, дважды (до и после отражения от объекта) проходит через систему эпизеркал, расположенную в корпусе объектива, и на выходе формирует изображение объекта на темном фоне. Этот метод считается более точным, так как позволяет увидеть мельчайшие включения, которые можно не обнаружить при светлопольной микроскопии.

Предыдущая | Следующая

Другие новости по теме

10.06.22
Учеба за границей – ваша реальность!

29.05.22
Выполнение отчета на заказ: оптимальное предложение

23.01.22
Как успешно отчитаться за практику в ВУЗе с первого раза?

12.08.21
Как написать блестящую научную работу в условиях дефицита времени?

25.12.20
«Иннопрактика»: поддержка высокотехнологичных компаний

►Все новости по теме

Принцип действия

Главная задача прибора заключается в обработке параметров излучения, отражаемого поверхностью объекта. Для этого применяется вышеупомянутая оптическая система, фиксирующая малейшие изменения апертурной диафрагмы на фоне регуляции параметров освещения объекта. В некотором смысле рабочим фактором замера выступает ход лучей, который по-разному себя проявляет в светлых и темных полях. Например, при исследовании в светлом поле лучи, поступающие от лампы, проходят через диафрагмы (полевую и апертурную) и направляются к отражательной пластине. Последняя, в свою очередь, отражает характеристики исследуемой структуры, частично переправляя свет и на целевое изделие с помощью объектива.

При наблюдении предметов в темном поле оптический металлографический микроскоп взаимодействует с параболической зеркально-отражающей поверхностью, кольцевой диафрагмой и откидной линзой. Крайние пучки излучения, минуя диафрагму, направляются к кольцевому зеркалу, охватывающему пластину с отражателем. С этого момента зеркало начинает отражать свет на конденсор с перенаправлением лучей в плоскость объекта. Изображение сформируется на основе характеристик отраженных лучей, прошедших через объектив и попавших в оптический тубус.

Металлографический анализ

Металлографический анализ

– это анализ структурообразования металлов и сплавов, то же, что и металлографическое исследование. Несмотря на то, чтометаллографический анализ иметаллографическое исследование это синонимические понятия, во второе определение принято вкладывать более широкий смысл (подробнее – на странице Металлографические исследования). Исходя из этого, можно сделать вывод, чтометаллографический анализ является одним из методов металлографических исследований.

Понятие «металлографический анализ

» трактуют, как метод изучения микро- и макроструктуры металлов и сплавов с помощью визуального наблюдения при различном увеличении. То естьметаллографический анализ это комплекс именно оптических исследований металлов и сплавов.

Любой металлографический анализ

включает в себя четыре этапа:

• Пробоотбор
• Пробоподготовка
• Собственно металлографический анализ
• Статистическая обработка результатов анализа.

Под металлографическим анализом

подразумевают изучение микроструктуры металлов и сплавов, а также их макроструктуры в условиях металлографической лаборатории при помощи специального оборудования, приспособлений и по специализированным методикам.

Основным инструментом металлографического анализа является металлографический микроскоп

. В настоящее время существует большой выбор специализированных металлографических микроскопов, ориентированных на те или иные производственные условия. Кроме того, получили широкое распространение полуавтоматические системы металлографического анализа изображений, включающие в себя цифровую камеру и программное обеспечение.

Для металлографического анализа

разработан и используется ряд стандартов, в частности следующие:

• ГОСТ 1778-70 Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.
• ГОСТ Р ИСО 4967-2009 Сталь. Определение содержания неметаллических включений. Металлографический метод с использованием эталонных шкал.
• ГОСТ 5640-68 Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты.
• ГОСТ 22838-77 Сплавы жаропрочные. Методы контроля и оценки макроструктуры.
• ГОСТ 10243-75 Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры.
• ГОСТ 8233-56 Сталь. Эталоны микроструктуры.
• ГОСТ 30415-96 Сталь. Неразрушающий контроль механических свойств и микроструктуры металлопродукции магнитным методом.
• ГОСТ 9391-80 Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры.
• ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна.
• ГОСТ 1763-68 Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя.
• ГОСТ 3443-87 Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры.
• ГОСТ 9.908-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости.

Дополнительно см.: Металлографические исследования, Металлографическое оборудование, Металлография, Пробоподготовка, Расходные материалы для лабораторий металлографии.

Цены на распространенные модели в России

Металлографический микроскоп – надежный инструмент для анализа структуры различных металлов, способный выявить даже незначительные дефекты. А вы когда-нибудь участвовали в исследовании металла с помощью металлографических приборов? Поделитесь своими впечатлениями в блоке комментариев.

В разных областях промышленности необходимым условием разработки и выпуска металлических изделий является всестороннее изучение их микроструктуры. На разных этапах производства технологи исследуют характеристики сырья, заготовок, деталей и конечных продуктов, что позволяет успешно совершенствовать свойства материалов и своевременно выявлять дефекты. Последние годы задачи подобных исследований все чаще поручают оптической технике и, в частности, металлографическому микроскопу, который используется для исследований непрозрачных объектов в отраженных поверхностях.

Подготовка образцов

Наблюдаемый образец должен соответствовать определенным условиям:

• плоскостность, так что объектив дает четкое все изображение, в противном случае мы можем наблюдать только небольшую часть
• при пропускании он должен быть тонким, чтобы свет проходил через него и делал видимыми только несколько элементов (клеток) в случае биологии;
• при отражении поверхность обычно следует отполировать, чтобы царапины не маскировали то, что вы хотите увидеть;
• наблюдаемые части должны отличаться друг от друга:
  • дифференциация цветов путем химической окраски стандартизированных растворов для биологии;
  • химическое воздействие кислот для выявления дефектов в металлургии;
  • другие различия путем освещения в поляризованном свете, в ультрафиолетовом (флуоресценция) или по принципу интерференции, обнаруживая другие аспекты, невидимые невооруженным глазом.

В биологии сначала необходимо поместить срез ткани (или жидкости, содержащей живые организмы) между предметным стеклом и покровным стеклом . Объектив должен приближаться к лезвию для фокусировки, не разрушая из-за неуклюжести подготовку, которая стала очень хрупкой.

Из-за подготовки оптическая микроскопия требует большого количества дополнительных устройств только для микроскопических наблюдений.

Возьмем, к примеру, биопсию в медицине и биологии ( анатомопатология ): диагностика с помощью микроскопии биопсийных частей, взятых при биопсии во время операции, требует коротких сроков. Чтобы подготовить слайд, мы используем аппарат, называемый криотомом, своего рода « нож для резки ветчины», помещенный в криостат (морозильник), который позволяет нарезать очень тонкие ломтики тела, которые будут наблюдаться, быстро охлаждая его, а затем разрезая это с помощью лезвия специальной бритвы, заточенного на другом станке для обработки стекла с помощью алмазных паст. Если мы хотим работать при комнатной температуре, время будет больше и потребуется обезвоживание и замена удаляемой воды парафином (24 часа), чтобы образец сохранял свою жесткость; затем он также окрашен несколькими веществами чередующегося действия очень длительного действия.

Металлографический микроскоп

Металлографический микроскоп со стандартной приставкой, таблицы стандартных структур, шлифовальный и полировальный станки, шлифовальная бумага, войлок, глинозем № 1, травильные ванны, реактив для травления ( 1 — 2 % — ный спиртовой раствор азотной кислоты), фотопластинки, фотобумага, проявитель, закрепитель.
 

Металлографический микроскоп позволяет рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете. В этом основное, отличие металлографического микроскопа от биологического, в котором рассматривают прозрачные тела в проходящем свете.
 

Металлографический микроскоп состоит из оптической системы осветительной системы с фотографической аппаратурой и механической системы.
 

Металлографический микроскоп позволяет рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете. В этом основное отличие металлографического микроскопа от биологического, в котором рассматриваются прозрачные тела в проходящем свете.
 

Металлографический микроскоп состоит из оптической системы, осветительной системы с фотографической аппаратурой и механической системы.
 

Горизонтальный металлографический микроскоп МИМ-8м.

Металлографические микроскопы позволяют исследовать структуру металла, но не дают возможности наблюдать и регистрировать процессы преобразования структур, которые происходят при высоких температурах.
 

Металлографический микроскоп представляет собой сложный оптический прибор, состоящий из механической системы и линз, зеркал и призм, образующих оптическую и осветительную системы.
 

Диаграмма состояния системы РЬ-Sb.

Металлографический микроскоп является точным оптическим прибором и требует бережного хранения и обращения с ним. Микроскоп следует хранить в теплом, сухом, чистом помещении. В нерабочем состоянии необходимо вынуть окуляр и объектив, а отверстия визуального и осветительного тубуса и осветительную линзу закрыть крышками и спустить фотозатвор во избежание попадания пыли а оптическую систему.
 

Металлографический микроскоп предназначен для рассмотрения структуры металла в отраженном свете и состоит из оп тической системы, осветительной системы с фотографической аппаратурой и механической системы.
 

Металлографический микроскоп позволяет рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете р отличие от биологического микроскопа, в котором рассматриваются прозрачные те-ла в проходящем свете.
 

Металлографический микроскоп состоит из оптической системы, осветительной системы с фотографической аппаратурой и механической системы.
 

Металлографический микроскоп, в котором размещены оптическая и осветительная системы, имеет статив, тубус и предметный столик ( фиг. Микрошлиф устанавливают на предметном горизоитальном столике вниз поверхностью, подготовленной для исследования. Тем самым достигается перпендикулярное расположение плоскости шлифа по отношению к оптической оси объектива. В центре столика устанавливают сменные подкладки с отверстием разного размера, через которое лучи света падают на микрошлиф и отражаются от него.
 

Металлографические микроскопы составляют группу приборов, отличающихся от остальных своими оптическими схемами: микроскопы предназначены только для работы в отраженном свете. Кроме того, в этой группе приборов конструктивной особенностью является то, что у них, как правило, предметный столик расположен над объективом. Эти особенности вызваны спецификой применения металлографических микроскопов: они предназначены для исследования микроструктуры металлов, сплавов и других непрозрачных объектов. Исследуемые образцы металла — так называемые шлифы — подвергаются предварительной полировке и травлению, благодаря чему зерна структуры становятся видимыми.
 

Особенности и назначение металлографических микроскопов

Данный тип приборов широко используется в металлографических исследованиях, благодаря чему микроскопы получили другое название – металлургические или промышленные. Глубокое изучение структуры сплавов позволяет с высокой точностью определить характеристики материала. Известен как один из методов определения прокаливания стали.

Грамотная подготовка образца позволяет тщательно изучить внутреннюю структуру шлифа. Для выявления структуры используют метод травления и полирования шлифа.

После проведения подготовительных работ проводят исследование, в результате которого можно получить следующую информацию:

1. Тип и характер дефектов в структуре металла.
2. Структура кристаллизации (зерен) металла.
3. Внешние качества – шероховатость и плоскость.
4. Наличие и тип неметаллических частиц.

По сравнению с биологическими микроскопами металлографические устройства имеют более сложную конструкцию, что оказывает влияние на стоимость приборов.

Отдельного описания заслуживают объективы. Они характеризуются повышенным рабочим расстоянием и способностью эксплуатации без покровного элемента. Кроме того, данный узел параллельно выполняет функции конденсатора.

Особенности изучаемой структуры требуют мощного источника освещения, без которого сложно рассчитывать на положительный результат, особенно в случае необходимости проведения микрофотографирования.

Металлографические приборы представлены как прямыми, так и инвертированными моделями.

В качестве методов исследования используют различные виды освещения:

• темное поле;
• светлое поле;
• поляризация;
• ДИК (дифференциально-интерференционный контраст).