Quali sono le fasi della preparazione del campione utilizzando il microscopio metallografico?

I microscopi metallurgici hanno diverse modalità di osservazione come campo chiaro, campo scuro, luce polarizzata e interferenza differenziale. Nel processo di osservazione delle strutture metallografiche, il metodo più utilizzato è il campo chiaro e la maggior parte delle ispezioni metallografiche possono essere effettuate in modalità campo chiaro. Tuttavia, il campo oscuro, la luce polarizzata e l’interferenza differenziale hanno il loro ruolo unico nell’analisi dei materiali.

Quindi quali sono i passaggi per la preparazione del campione utilizzando un microscopio metallografico?

1) Campionamento

Il prelievo di campioni dai materiali metallici e dalle parti da testare è chiamato “campionamento”. La selezione delle posizioni di campionamento e delle superfici di macinazione deve essere basata sui requisiti di analisi. Esistono molti metodi di intercettazione. Per i materiali teneri è possibile utilizzare segatura, tornitura, piallatura, ecc.; per i materiali duri si possono utilizzare metodi di taglio come affettatrici a mola o macchine tagliafili; per materiali duri e fragili è possibile utilizzare metodi di martellatura. Indipendentemente dal metodo utilizzato, è necessario prestare attenzione per evitare e ridurre la distorsione del tessuto causata dalla deformazione plastica o dal riscaldamento. Non esiste una regolamentazione uniforme sulla dimensione del campione. Dal punto di vista della facilità di presa e macinazione, il diametro o la lunghezza del lato è generalmente di 15~20 mm e l’altezza è di 12~18 mm. Per i campioni troppo piccoli, di forma irregolare e che necessitano di proteggere i bordi, è possibile utilizzare il montaggio o il bloccaggio meccanico.

Il montaggio dei campioni metallografici viene effettuato utilizzando plastiche termoplastiche (come il cloruro di polivinile), plastiche termoindurenti (come la polvere di bachelite) e plastiche condensanti (come resina epossidica + agente indurente) come riempitivi. I primi due tipi appartengono ai riempitivi a presa a caldo e la presa a caldo deve essere eseguita su un’attrezzatura speciale: una macchina per intarsi. Il terzo tipo appartiene al riempitivo a freddo.

2) Macinazione grossolana

Lo scopo della macinazione grossolana ha principalmente i seguenti tre punti:

Rifilatura Alcuni esemplari, come quelli abbattuti mediante martellamento, hanno forme molto irregolari e devono essere sgrossati e rifilati in esemplari di forma regolare;

Smerigliatura Indipendentemente dal metodo utilizzato per prelevare i campioni, i tagli spesso non sono molto lisci. Per levigare la superficie di osservazione e rimuovere lo strato deformato prodotto durante il taglio, è necessaria una molatura grossolana;

Sulla premessa che la smussatura non influisce sullo scopo dell’osservazione, i bordi e gli angoli del campione devono essere levigati per evitare di graffiare la carta vetrata e il tessuto lucidante.

3) Macinazione fine

Dopo la molatura grossolana, sulla superficie di molatura sono ancora presenti segni di usura grossolani e profondi. Per eliminare questi segni di usura è necessario eseguire una levigatura fine. La macinazione fine può essere divisa in due tipi: macinazione manuale e macinazione meccanica. Attualmente, la macinazione meccanica è il metodo di macinazione principale.

L’attrezzatura di rettifica meccanica più comunemente utilizzata attualmente è la pre-rettifica. Il motore fa ruotare il disco ricoperto di carta vetrata ad acqua. Durante la macinazione, spostare il campione avanti e indietro lungo la direzione radiale del disco. La forza deve essere uniforme e il campione deve essere risciacquato con acqua durante la macinazione. Il flusso d’acqua non svolge solo il ruolo di raffreddamento del campione, ma utilizza anche la forza centrifuga per spingere continuamente le particelle di sabbia cadute, i detriti abrasivi, ecc. verso il bordo della piattaforma girevole. La velocità di rettifica della rettifica meccanica è molto più rapida della rettifica manuale, ma la planarità non è abbastanza buona e anche lo strato di deformazione superficiale è grave. Pertanto, i campioni con requisiti più elevati o materiali più morbidi dovrebbero essere macinati manualmente.

4) Lucidatura

Lo scopo della lucidatura è rimuovere i segni di levigatura lasciati sulla superficie di levigatura dopo la levigatura fine per ottenere una superficie a specchio brillante e senza tracce. Esistono tre metodi di lucidatura: lucidatura meccanica, lucidatura elettrolitica e lucidatura chimica, tra cui viene comunemente utilizzata la lucidatura meccanica. La lucidatura meccanica viene eseguita su una lucidatrice. Il tessuto lucidante (la tela è comunemente usata per la lucidatura grossolana e il panno di lana è comunemente usato per la lucidatura fine) viene immerso in acqua, appiattito, stretto e fissato sul disco di lucidatura.

Avviare l’interruttore per ruotare il disco di lucidatura in senso antiorario e cospargere una quantità adeguata di liquido lucidante (una sospensione di ossido di alluminio, ossido di cromo o polvere lucidante di ossido di ferro più acqua) sul disco per lucidare. Durante la lucidatura prestare attenzione a:

Il campione si muove lentamente avanti e indietro lungo la direzione radiale del disco e, allo stesso tempo, ruota nella direzione opposta del disco lucidante. Quando la lucidatura sta per terminare eseguire un breve posizionamento e una leggera lucidatura.

Durante il processo di lucidatura, è necessario aggiungere frequentemente una quantità adeguata di fluido lucidante o acqua per mantenere l’umidità del disco lucidante. Se il disco di lucidatura risulta essere troppo sporco o contiene particelle grossolane, deve essere risciacquato prima di continuare a utilizzarlo.

Il tempo di lucidatura dovrebbe essere ridotto il più possibile e non troppo lungo. Per soddisfare questo requisito, può essere suddiviso in due fasi: lucidatura grossolana e lucidatura fine.

Quando si lucidano metalli non ferrosi (come rame, alluminio e loro leghe, ecc.), è meglio applicare un po’ di sapone o far cadere una quantità adeguata di acqua saponata sul disco di lucidatura.

5) Erosione

Quando il campione lucidato viene osservato al microscopio metallografico, si può vedere solo la superficie lucida e brillante. Se nel materiale sono presenti graffi, macchie d’acqua o inclusioni non metalliche, grafite e crepe, si possono anche vedere. Tuttavia, il metallo deve essere analizzato. Anche la struttura delle fasi deve essere incisa.

Esistono molti metodi di incisione. Il metodo più comunemente utilizzato è l’attacco chimico, che utilizza la dissoluzione chimica e l’attacco elettrochimico del campione da parte dell’agente mordenzante per esporre il tessuto.

L’attacco del metallo puro (o della soluzione solida uniforme monofase) è fondamentalmente un processo di dissoluzione chimica. Gli atomi situati ai bordi del grano hanno un’energia libera più elevata e una stabilità inferiore rispetto agli atomi all’interno del grano, quindi possono essere facilmente incisi per formare solchi. L’interno dei grani è leggermente inciso, e generalmente mantiene il piano lucido originale. Sotto l’osservazione in campo chiaro, puoi vedere che i singoli grani sono separati dai bordi dei grani. Se l’incisione è più profonda si può riscontrare anche il fenomeno della diversa luminosità e oscurità di ciascun grano. Questo perché gli atomi di ciascun grano sono disposti in direzioni diverse. Dopo l’incisione, il grado di inclinazione tra la superficie esposta, dominata dalla disposizione più densa delle superfici, e la superficie lucida originale.