Металлографические исследования — это комплекс методов изучения микро- и макроструктуры металлов и сплавов под микроскопом для оценки их качества, свойств, состава и наличия дефектов, включая анализ размера зерна, фазового состава, включений, и влияния термической обработки или сварки. Процесс включает подготовку образца (шлифовка, полировка, травление) и его последующее исследование на макро- или микроуровне, чтобы связать структуру с эксплуатационными характеристиками и причинами разрушений.

Основные этапы исследования

• Подготовка образца: Вырезка и шлифовка для создания плоской поверхности. Полировка до зеркального блеска. Химическое травление реагентами для выявления границ зерен и фаз.
• Наблюдение: изучение образца под оптическим или электронным микроскопом.
• Анализ: определение количественных и качественных характеристик.

Что можно определить.

• Размер зерна: влияет на прочность и пластичность.
• Фазовый состав: содержание феррита, перлита, цементита и др.
• Неметаллические включения: оксиды, сульфиды, ухудшающие свойства.
• Дефекты: трещины, поры, расслоения.
• Глубина обезуглероженного слоя.
• Структура сварных швов.
• Цели исследований
• Контроль качества сырья и готовой продукции.
• Анализ причин разрушения деталей.
• Оптимизация технологических процессов (сварка, термообработка).
• Сертификация материалов.

Металлографические исследования проводят путем подготовки образца (шлифовки, полировки), химического травления для выявления структуры, а затем изучения его макро- и микроструктуры под микроскопом для обнаружения дефектов, оценки качества и определения свойств металла, что включает макроанализ (х10-30) и микроанализ (х100-2000) для детального изучения зерна, включений, трещин.

Этапы проведения металлографического исследования:
1) Пробоподготовка

• Вырезка образца: изделие вырезается или берется проба, соответствующая контролируемому участку (например, сварному шву).
• Шлифовка: образец шлифуют на абразивных кругах, постепенно переходя от грубых абразивов к более мелким, чтобы получить ровную зеркальную поверхность.
• Полировка: поверхность полируется для удаления мельчайших царапин, достигая зеркального блеска, что критично для микроанализа.
• Промывка: образец тщательно промывают от полировальных суспензий.

2) Макроанализ

• Описание: изучение образца без травления или после грубой обработки, часто с увеличением до 30x, с помощью лупы или невооруженным глазом.
• Цель: выявление общих дефектов, неоднородностей, зоны кристаллизации.

3) Химическое травление

• Процесс: образец погружают в специальный травящий реагент (например, кислоту), который избирательно растворяет разные фазы и границы зерен.
• Результат: создается рельефная структура, позволяющая различать фазы и элементы микроструктуры.

4) Микроанализ

• Описание: изучение травленого шлифа под микроскопом (оптическим или электронным) с увеличением от 100x до 2000x.
• Цель: детальное определение размера зерна, формы и распределения фаз, наличия включений, трещин, пережогов и других микродефектов.

5) Анализ и заключение

• Съемка: получение фотографий микроструктуры (микроснимков).
• Выводы: формирование заключения о соответствии материала требованиям, влиянии дефектов на эксплуатационные свойства.

Методы исследования:

• Оптическая микроскопия (светлое и темное поле).
• Электронная микроскопия (для более детального анализа).
• Рентгеноструктурный анализ.
• Дифференциально-термический анализ.

Металлографические исследования позволяют измерить ключевые параметры микроструктуры, такие как размер и форма зерен, фазовый состав (процентное содержание фаз, их распределение), тип, количество и размер неметаллических включений (оксидов, сульфидов), а также наличие дефектов (микротрещины, поры) и степень однородности структуры, влияя на прочность, пластичность и долговечность материала. Они помогают оценить влияние термообработки, сварки и других процессов на свойства металла.

Основные измеряемые параметры.

• Размер зерна: Средний диаметр зерен, влияющий на прочность, пластичность и склонность к хрупкости.
• Форма зерен: равноосные, вытянутые, деформированные, влияют на анизотропию свойств.
• Фазовый состав: Количественное содержание и распределение фаз (феррит, перлит, цементит и др.).
• Неметаллические включения: Тип (оксиды, сульфиды), количество, размер и распределение.
• Дефекты: микротрещины, поры, несплошности, пережоги, полосчатость.
• Степень однородности: Химическая и структурная однородность материала.
• Глубина закалки / Зона термического влияния (ЗТВ): измеряется по сечению микротвердости.

Какие процессы анализируются.

• Термическая обработка: Оценка правильности режимов, выявление пережогов.
• Сварка: Анализ шва, ЗТВ, выявление дефектов сварных соединений.
• Коррозия: Оценка склонности к межкристаллитной коррозии.

Преимущества металлографических исследований в том, что они позволяют обнаруживать скрытые дефекты (трещины, поры, включения), контролировать качество материалов и сварки, оценивать механические свойства (прочность, твердость), оптимизировать производственные процессы и анализировать причины аварий путем изучения микроструктуры металла, связывая ее с эксплуатационными характеристиками. Это незаменимый метод для обеспечения надежности и безопасности изделий в промышленности, энергетике, автомобилестроении и других отраслях.

Основные преимущества.

• Выявление дефектов: обнаружение трещин, пор, неметаллических включений и химической неоднородности, невидимых невооруженным глазом.
• Контроль качества: проверка соответствия материалов и сварных соединений стандартам и требованиям (ГОСТ).
• Оценка свойств: определение количественных параметров структуры (размер зерна, фазовый состав), влияющих на прочность, пластичность, твердость и коррозионную стойкость.
• Анализ причин отказов: исследование повреждений для выяснения причин аварий и предотвращения их в будущем.
• Оптимизация производства: корректировка режимов термообработки, литья, сварки для улучшения свойств готовых изделий.
• Универсальность: применяется для черных и цветных сплавов, сварных швов, а также при неразрушающем контроле (портативные микроскопы) и разрушающем анализе.

Металлография позволяет связать микроструктуру материала с его макроскопическими свойствами и поведением при эксплуатации, что делает ее ключевым инструментом в металловедении.