Металловедение предназначено для выявления строения металлов. Однако в настоящее время описание “Материалография“ является предпочтительным в связи с увеличением количества композитных материалов, появившихся в результате разработки дополнительных материалов (системы керамика/металл, металл/пластик и др.). Область внедрения металлографии, или например, материалографии лежит в основном в области контроля качества и анализа повреждений, а также в области научно-исследовательских работах (НИОКР).
Задачей металлографии или материалографии является оценка структуры материала с помощью макро- & микроскопических процедур. Даже в металлах проявляется кристаллическая структура подобно неметаллическим кристаллам таким, как кварцевый горный хрусталь, характеристики которого среди прочего можно определять качественно и количественно.
Для возможности изучения материала и получения удовлетворяющего вывода о его качестве, шлифовка & полировка образца являются важным первым шагом в металлографии, т.е. материалографии. Прохождение данного шага без царапин, необходимого для макро- и/или микроскопического анализа, должно обеспечить получение репрезентативной, с острыми краями и плоской поверхности исследуемого материала, которая позволяет четко осознать его структуру. Поэтому важно, чтобы никаких царапин, нежелательных переломов, инородных тел или деформаций не появилось в процессе подготовки материала. Подготовка обычно проходит в 6 шагов: резка, запрессовка, шлифовка, полировка, травление и микроскопическое исследование. Наконец, оценка образца с помощью макро- и микроскопии, а также измерение твердости, если это необходимо.
Резка
Резка - это шаг номер один, который предполагает отрезание части для проверки/исследования образца материала с помощью отрезного станка (например, с использованием отрезного станка для влажной абразивной резки из серии, известной как “Brillant“) и соответствующих зажимных устройств, которые были разработаны для фиксации в приоритетных положениях. Если образец достаточно велик, он может быть запрессован и затем отшлифован и/или отполирован с держателем без дальнейшей подготовки.
Специальные зажимные приспособления
Практически бесконечный список материалов и геометрии должен иметь возможность быть надежно установленным внутри отрезной камеры станка. Помимо стандартного ассортимента, существуют специальные зажимные устройства для проблемных образцов, например, система зажимов для импульсной резки композитных материалов CFK и GFK или титана.
Запрессовка
Малогабаритные образцы, с другой стороны, должны быть изначально запрессованы для улучшения обработки и/или защиты кромки, с помощью процедуры холодной или горячей запрессовки. В случае последней, образцы запрессовывают в так называемом прессе для горячей запрессовки, одном из серии, известной как ”Opal“. В ходе данного процесса, образец окружен специальным пластиковым гранулятом (из различных Duro или термопластов, смол), который затем спрессовывается с помощью нагрева и гидравлического давления. Использование данного метода означает, что материал полностью заключен в пластик и поэтому оптимально готов для следующего шага подготовки к металлографии.
Шлифовка и полировка
Для того, чтобы сделать кристаллическую структуру видимой, поверхность образца должна быть изначально плоско отшлифована, а затем отполирована.
Процессы шлифовки & полировки осуществляются на одном устройстве; либо вручную, например с предварительной шлифовкой на машине предварительной шлифовки (”Jade“), или наоборот автоматически, что наиболее распространено для сегодняшних металлографических лабораторий. В отличие от ручной шлифовки & полировки, в случае автоматического шлифования, образец закрепляется в держателе образца и прижимается к шлифовальному материалу (шлифовальная бумага, шлифовальный круг и т.д.) с помощью шлифовальной & полировальной головы (“Rubin“). Шлифовка/полировка происходит на поверхностной части рабочего диска. Ряд шагов шлифовки следуют друг за другом, при этом в каждом новом шаге используются еще более тонкое средство для шлифовки, чтобы достичь шаг за шагом желаемого уровня полировки поверхности. Образец должен поворачиваться на 90° после каждого шага шлифования, чтобы убрать канавки, оставшиеся от контакта с абразивом предыдущей шлифовки. В течение всего процесса, необходимо использовать смазочно-охлаждающие жидкости, что гарантирует, что образец охлаждается и отходы шлифовки смываются. Пробы следует регулярно чистить с водой и спиртом между отдельными шагами, чтобы гарантировать, что отходы (шлам) и крупные частицы шлифовки из предыдущего шага не переносятся на следующий шаг.
Следующим шагом является полировка, где используются различные полировальные сукна. Последние царапины, оставшиеся от предыдущего шага шлифовки, убираются полировкой путем удаления последнего финального слоя. Этот шаг лучше всего осуществлять с использованием алмазных суспензий в поли- или монокристаллической форме, в качестве среды для финишной полировки. В частности там, где много образцов полируются друг за другом, использование автоматических шлифовально-полировальных машин (например, Systemlabor или даже Systemautomat), дает ощутимое преимущество и экономический эффект.
Травление
После завершения финального шага полировки, первые прогнозы о чистоте материала могут устанавливаться через различные отражения. Для того, чтобы кристаллическая структура стала видимой путем контрастирования, образец должен пройти дальнейшие шаги подготовки вручную погружением в жидкость для травления или путем использования установки электролитического травления такой, как модель “Kristall“. Определенная жидкость для травления для определенного образца обладает свойством изменения характера отражения единого кристаллического компонента таким образом, что оптические различия становятся видимыми. После травления образец промывают в спирте, а затем быстро & тщательно высушивают в потоке теплого воздуха.
Использование микроскопа и анализ
Если кристаллическая структура имеет четкий контраст, то такой образец может быть оценен. С помощью наблюдения под макро- и микроскопом, а также с использованием современных программ анализа & архивирования изображений, может быть сделан ряд выводов о таких свойствах материала, как состояние термической обработки и сварных швов, кристаллическая структура и качество. Кроме того, довольно часто металлография позволяет сделать выводы из процессов производства и/или выявить причины отказов в случаях поломок.
Если и когда необходимо произвести измерение твердости (с помощью микро- & универсального твердомеров), то могут быть использованы все общие методы измерения такие, как Виккерс, Бринелль, Роквелл и Кнуп.
