Устаткування, прилади та матеріали
Шліфування
Шліфуванняпроводять з використанням шліфувального паперу різних номерів, які позначають розмір зерен абразивного порошку, прикріпленого до паперової або тканинної основи. Зовнішній вигляд шліфувального паперу наведено на рис. 2.5.
а б в
Рисунок 2.5 – Шліфувальний папір: а – зовнішній вигляд, маркування паперу іноземного (б) та вітчизняного (в) виробництва.
Абразивом можуть бути електрокорунд, карбід кремнію і інші тверді речовини; розмір зерен абразиву на різних номерах шліфувального паперу може складати від 250 до 4 мкм. Зазвичай при шліфуванні послідовно переходять від паперу з крупним зерном (№ 100 - 180) до обробки папером з дрібним зерном (№ 220 - 320). При шліфуванні вручну наждачний папір поміщають на скло, зразок притискують оброблюваною поверхнею до абразиву і переміщають зворотно-поступальними рухами. Шліфування можна проводити також на верстаті з горизонтально розташованим обертальним кругом, на якому закріплюють лист наждачного паперу (див. рис.2.6). Зразок притискають до круга вручну або фіксують в спеціальному пристосуванні. Перед шліфуванням оброблювану поверхню очищають від частинок металу і абразиву.
Рисунок 2.6 - Шліфувально-полірувальний верстат МР-2В.
Рух зразка при шліфуванні вручну проводять під кутом 90° до напряму подряпин від передньої обробки. Шліфують до тих пір, поки повністю не зникнуть всі сліди подряпин від попередньої операції. Потім зразок знову очищують від налиплого наждачного пилу і переходять до шліфування папером з дрібнішим абразивом. Зазвичай виявляється достатнім використовувати 4–5 номерів шліфувального паперу. Після завершення шліфування зразок ретельно промивають під струменем води.
Полірування
Застосовують механічний, хіміко-механічний і електромеханічний способи полірування.
Для механічного полірування використовують верстат з обертальним кругом, який обтягнутий тканиною (фетром, сукном, драпом і ін.). Як абразив найчастіше застосовують тонкоподрібнений оксид хрому, який у вигляді суспензії у воді наносять на поверхню круга під час його обертання. Зразок шліфованою поверхнею злегка притискують до поверхні круга. Під час поліровки зразок переміщають від периферії до центру круга (щоб забезпечити рівномірний розподіл абразиву) і періодично повертають (щоб виключити утворення «хвостів» біля включень на поверхні зразка). Для отримання добрих результатів при поліруванні необхідно, щоб зразок і руки оператора були очищені від шліфувального абразиву. Круг під час полірування повинен бути вологим. Швидкість обертання круга діаметром 250 мм повинна бути для полірування чорних і кольорових металів 400—600 об/хв.
Механічне полірування можна проводити також за допомогою алмазних паст, в яких розміри зерен абразиву можуть доходити до 1 мкм (див. рис. 2.7).
Рисунок 2.7 – Види алмазної пасти різного ступеню зернистості.
Пасту наносять на ватман тонким шаром, і полірування проводять так само, як і шліфування зразка. Попереднє шліфування зразка проводять в звичайному порядку і закінчують на крузі з наждачним папером зернистістю № 240. Потім готують круг для полірування: 0,025 г алмазного порошку, частинки якого мають в поперечнику не більше 8 мкм, втирають в сухе тонке сукно, натягнуте на диск діаметром близько 200 мм без обода, потім поверхню такого диска з нанесеним порошком змащують легким шаром парафіну, а сам диск вмонтовують в полірувальному верстаті; швидкість обертання при цьому складає порядку 200 об/хв.
Хіміко-механічне полірування проводять полірувальним кругом, на якому разом з абразивом нанесені хімічні речовини, що сприяють швидшому поліруванню. Для полірування чорних металів застосовують пасту ГОИ (див. рис. 2.8). Ця паста випускається чотирьох сортів по зернистості і складається з окислу хрому, стеарину, гасу, олеїнової кислоти і соди.
Рисунок 2.8 – Паста ГОИ.
У способі електролітичного полірування використовують ефект розчинення аноду. На поверхні зразка-анода при пропусканні струму через електроліт відбувається розчинення і вирівнювання виступів. Це результат формування на поверхні зразка в'язкого шару, що складається з продуктів реакції металу і електроліту. Товщина шару над виступами і, отже, його електроопір в цих місцях менший, ніж над западинами. Тому під час електролітичного полірування відбувається переважне розчинення виступів, і поверхня мікрошліфа стає гладкою.
Якість полірування залежить від початкового стану поверхні зразка, відстані між зразком і катодом, щільності струму, температури (в'язкості) і перемішування електроліту. Перевага електролітичного полірування перед механічним полягає в тому, що електролітичне полірування видаляє деформований шар, що утворився на поверхні зразка при шліфуванні, тоді як при механічному поліруванні цього не відбувається. Тому при виготовленні зразків з м'яких матеріалів електрополірування виявляється практично незамінним. Недоліки електрополірування – прискорене розчинення металу поблизу неметалевих включень (це приводить до утворення ямок і викрошування включень) і виникненню «завалу» (скруглення) кромок зразка.
Склад електроліту, а також щільність струму на аноді вибирають залежно від матеріалу шліфа (см.табл. 2.1).
Таблиця 2.1 – Режими електрополірування деяких металів і сплавів
| Матеріал | Склад електроліту | Щільність струму, А/см2 | Температура, 0С |
| Вуглецеві та леговані сталі | Азотна кислота (щільність 1,48) | 8-10 | < 30 |
| Нержавіючі сталі | Ортофосфорна кислота 38%, гліцерин 53%, вода 9%. | 0,2 - 2 | 20 - 115 |
| Мідь, латунь | Хромовий ангідрид 7,2%, двохромовокислий натрій 21,7%, оцтова кислота 7%, сірчана кислота 5,8%, вода 58,3% | 2 - 4 | 60 - 75 |
| Алюмінієві сплави | Сірчана кислота (щільність 1,84) 38%, фосфорна кислота 48%, вода 14%. | 7,5 | |
| Нікелеві сплави | Сірчана кислота (щільність 1,84) 60 %, вода 40 %. | 0,2 |
У деяких реактивах взаємодію з нерівною поверхнею зразка дає ефект випрасовування поверхні і у відсутності струму. Таке полірування називається хімічним.
Після полірування шліф обов’язково промивають у воді або, якщо метал окислюється, – в етиловому спирті і просушують фільтрувальним папером.
Протравлювання
Для протравлювання мікрошліф занурюють полірованою поверхнею в розчин вибраного складу (див. табл. 2.2) і через деякий час (тривалість протравлювання залежить від складу сплаву, що вивчається, і складу розчину і легко встановлюється експериментально) виймають. Якщо полірована поверхня стане злегка матовою, протравлювання вважається закінченим, і шліф відразу ж промивають водою, потім спиртом і висушують фільтрувальним папером.
Шліфи можна протравлювати електролітичним методом. При цьому анодом є мікрошліф, а катодом — пластинка неіржавіючої сталі (або свинцю), рідше — вугільний стрижень. У табл. 2.3 приведені найбільш часто вживані склади реактивів для електролітичного протравлювання.
Таблиця 2.2 - Реактиви для протравлювання шліфів
| Назва реактиву | Склад реактиву | Особливості застосування |
| І. Реактиви для протравлювання заліза та його сплавів | ||
| Для виявлення структури вуглецевих та легованих сталей та чавуну | ||
| Реактив Ржешотарського | Азотна кислота (щільність 1,4) 3,5 мл, етиловий спирт 100 мл | Реактив фарбує перліт в темний колір, проявляє границі зерен фериту, структуру мартенситу та продуктів відпуску, а також сплавів Pb-Zn і Al-Pb |
| Реактив Іжевського | Пікринова кислота (кристалічна) 4 г, етиловий спирт 100 мл | Застосовується для виявлення структури вуглецевої, азотованої, цементованої сталей та чавуну |
| Розчин кислот в гліцерині | Азотна кислота (щільність 1,4) 10 мл, соляна кислота (щільність 1,19) 20-30 мл, гліцерин 30 мл | Для виявлення структури високохромистої, швидкоріжучої та аустенітної марганцовистої сталі в загартованому стані. Для кращого виявлення рекомендується позмінне протравлювання й полірування |
| Царська горілка | Соляна кислота (щільність 1,19) 3 частини, азотна кислота (щільність 1,4) 1 частина | Для виявлення структури аустенітних, нержавіючих сталей та жароміцних сплавів. Перед застосуванням реактив витримати протягом 20-3- годин. |
| Для виявлення границь зерен в сталях | ||
| Реактив Марбле | 20 г CuSO4, 100 мл HCl (щільність 1,19), 100 мл етилового спирту | Для хімічного протравлювання сталей аустенітного класу. При заміні спирту на таку ж кількість води можливе електролітичне протравлювання протягом 10-15 с при напрузі 12-15 В. |
| Розчин | Щавлевова кислота 10 г, вода 90 мл | Для електролітичного протравлювання сталей мартенситного та аустенітного класів. Час 1-10 с, напруга 2-10 В. |
| Розчин кислот | Соляна кислота (щільність 1,19) 10 мл, азотна кислота (щільність 1,4) 3 мл, етиловий спирт 87 мл | Для електролітичного протравлювання сталей аустенітного, мартенситного та мартенситно-феритного класів. Час до 10 с, напруга 5-12 В. |
| Для виявлення структури кольорових сплавів | ||
| Соляно-кислий розчин хлорного заліза | 10 г FeCl3 на 25 см3 HCl і 100 см3 H2O | Для протравлювання сплавів на мідній основі |
| Розчин їдкого натру | 10 г NаOH на 100 см3 H2O | Для протравлювання сплавів на алюмінієвій основі |
| Реактив Ржешотарського | Азотна кислота (щільність 1,4) 3,5 мл, етиловий спирт 100 мл | Для протравлювання сплавів Pb-Zn і Al-Pb |
Таблиця 2.3 – Реактиви для електролітичного протравлювання шліфів
| Склад реактиву | Призначення та особливості застосування |
| Хлорне залізо 0,5%, соляна кислота (щільність 1,19) 1%, метиловий спирт 98,5% | Для протравлення вуглецевої сталі. Щільність струму 0,5 А/см2 |
| Соляна кислота (щільність 1,19) 10%, етиловий спирт 90% | Для протравлення високолегованої сталі. Щільність струму 0,05 А/см2 |
| Щавелева кислота 2-10 г, вода 100 мл | Для виявлення карбідів та структури нержавіючої сталі. Напруга 3-6 В. |
| Розчин ортофосфорної кислоти (щільність 1,48 – 1,55) | Для виявлення структури сплавів міді. Щільність струму 0,02 – 0,05 А/см2 |
Якість протравлювання перевіряють під мікроскопом при тому ж збільшенні, при якому проводитиметься подальше вивчення шліфа. Якщо поверхня шліфа, видима під мікроскопом, дуже світла, немає чіткості контурів структури, то шліф не дотравлений, і проводять повторне протравлювання. Якщо ж поверхня шліфа, видима під мікроскопом, темна, з широкими темними межами структурних складових, то шліф перетравлений. В цьому випадку його переполіровують, щоб зняти поверхневий шар, і повторно протравлюють. Якщо при поліруванні протягом 1 — 2 хв сліди протравлення прибрати не вдається, то поверхневий шар металу треба прибрати шліфуванням, а тривалість повторного протравлювання зменшити.
Заходи безпеки
Нещасні випадки зазвичай є результатом недостатньої підготовки, роботи в невідповідному місці або поспішних дій. Знаючи про можливу небезпеку і заздалегідь плануючи, як її уникнути, можна безпечно і успішно провести процес пробопідготовки.
При роботі на шліфувальних верстатах основну небезпеку представляє розрив шліфувального круга. Крім того, можливе ураження шкіри і очей дрібними розжареними відлітаючими частинками шліфувального круга, а також захоплення необгородженими частинами верстата, що обертаються. одягу і волосся
Під час роботи на шліфувальному крузі необхідно стояти збоку, а не навпроти круга. При сухому шліфуванні необхідно надягати захисні окуляри. Слід оберігати шліфувальний круг від ударів. Контакт з оброблюваною деталлю повинен бути плавним, без зайвого натиску. За наявності вібрації шліфувального круга працювати на ньому не дозволяється. При зупинці верстата не можна гальмувати шліфувальний круг руками. Не допускається також гальмувати круг, що обертається, натиском на нього будь-яким предметом.
Основна небезпека при протравлюванні – контакт з їдкими речовинами.
Протравлювання завжди повинне проводитися в добре провітрюваному приміщенні. Ідеально підходить для цього витяжна шафа. Вікно шафи опускається вниз, щоб відгородити місце проведення протравлювання і не допустити проникнення випаровувань в решту приміщення. За відсутності витяжної шафи необхідно користуватися респіратором з відповідними фільтрами.
Працюючи з кислотами, завжди надягайте гумові рукавички і гумовий фартух. Захищайте очі водонепроникними окулярами і завжди тримайте напоготові харчову соду, щоб нейтралізувати пролиту кислоту. Кислоти і інші травильні розчини повинні зберігатися в спеціальних ємкостях, призначених для лабораторного використання.
При розбавленні міцних кислот слід кислоту наливати у воду, а не навпаки. При роботі з їдкими речовинами і їх розчинами забороняється засмоктувати рідину ротом через піпетку.
Необхідно вміти надавати першу допомогу при нещасному випадку: в першу чергу – промити уражене місце 1% розчином питної соди (при обливанні кислотою) або 1% розчином лимонної кислоти (при контакті з лугом), а потім – великою кількістю води.
Якщо на підлогу пролитий луг, то треба його засипати піском або тирсою, потім видалити їх совком і мітелкою і залити забруднене місце 1% розчином оцтової кислоти, а потім – великою кількістю води. Якщо пролита кислота, її засипають піском (у жодному випадку не тирсою!), потім видаляють просочений пісок лопатами і засипають забруднене місце кальцинованою содою.
При проведенні електролітичного полірування чи протравлення необхідно виконувати стандартні правила електробезпеки для унеможливлювання ураження електричним струмом.