مشخصاتی از ساختارهای میکروسکوپی قطعات ریختگی:
آلیاژهای ریختگی دارای ساختارهای میکروسکوپی متفاوتی هستند که نسبت به نوع استفاده آنهابایکدیگرتفاوت کلی داشته ودرمقابل تغییر در هر کدام از عوامل معین درآلیاژخواص مشخصی ازان تغییر پیدامیکند.دانه هاومرزدانه هایی که درمناطق ستونی وهم محور وجوددارددارای رنگهای متفاوتی هستند که توسط چشم غیر مسلح وبدون استفاده ازمیکروسکوپ یادربزرگنمایی های خیلی کم به وضوح قابل رویت هستندو ساختار ماکروسکپی هم همچنین مکانیزم های متفاوت و پیچیده ای که باعث ایجادانواع مختلف جدانشینیهای ماکرسکپی می گردند.عدم یکنواختی ترکیب شیمیایی در داخل قطعه ریختگی رابه وجود آورده ودر برخی مواقع همراه باایجادغیریکنواختی خواص مکانیکی موجب تغییرات موضعی درخواص قطعات میگردد.
ساختارهای دوتائی نیزدربرخی قطعات یا محصولات ریختگی به خصوص در غلطکها مورد استفاده قرار می گیرد.دانه های اولیه که درمرحله انجماد بدست می آید ودانه هائی که حاصل تغییر حالت های فازی در حالت جامد هستند بصورت ساختار میکروسکوپی و ماکروسکوپی قابل مشاهده هستند.
رشد دندریتی ویوتکتیکی دو نوع مهم از حالت های ویژه را در حالت های ریختگی پدید می اورند که در داخل دانه های اصلی ساختار میگروسکوپی بسیار تعیین کننده می باشد.جدانشینی عناصر آلیاژی در بین دانه ها یک پدیده عادی می باشد به طوری که جدانشینی دندریتی عناصر آلیاژی در محلول های جامد بصورت هسته دار شدن و در سیستمهای پیچیده تر بصورت فاز دوم مشاهده می گردد.
عملیات حرارتی و ساختارهای ناشی از ان مختص قطعات و آلیاژهای ریختگی نبوده بلکه برای ایجاد استحکام زیاد در موارد ساختمانی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد.این ساختارها و محصولات بدست امده از عملیات حرارتی شامل تغییر حالت های مارتنزیتی ودیگر روش های مختلف رسوب دادن و عملیات انحلال هستند.همچنین مشاهده نتایج دست آوردهای برخی از اعمال که در عملیات حرارتی صورت می گیرد همیشه با میکروسکوپ های نوری امکان پذیر نبوده و به بزرگنمائی های بیشتری از طریق استفاده از میکروسکوپ های در الکترونی نیاز دارد که مثال هائی از این نوع مشاهده می گردد.
لازم به یاداوری است که در مورد استفاده از میکروسکوپ های الکترونی هدف انحصارا" بزرگ نمائی بیشتر نیست بلکه به منظور مشاهده سه بعدی نمنه ها نیز به کار می رود.
موردی دیگردر ساختار میکروسکوپی آلیاژهای ریختگی مربوط به مرحله ذوب و درصد خالص بودن مواد اولیه مذاب است.ناخالصی های موارد منگنز در فولاد در این طبقه بندی قرار میگیرد و نوع شکل موارد منگنز ایجاد شده در داخل فولاد در خواص مکانیکی و همچنین در حساسیت فولاد نسبت به شرایط محیطی تاثیر بسیار دارد.
اخال های مکانیکی بطور معمول بزرگتر بوده و در مراحل اصلی در مرحله ذوب از کوره بوته و از مواد نسوز مربوط به قالب ها در داخل قطعه ایجاد می شوند.
نفوذ داخل شدن گازها در داخل مذاب یا انقباض قطعه حین انجماد باعث ایجاد ریزی می گرددو به همین ترتیب از پیوستن ناخالصی ها از قطعات ریختگی از آنها ابعاد بزرگتری بوجود ما ایند که در بخش عیوب ریختگی مورد بررسی قرار می گیرند.به منظور بحث و بررسی صحیح و مناسب در ساختارهای میکروسکوپی استفاده از نمودارهای فازی بسیار لازم وضروری می باشد.
تهیه نمونه برای آزمایش ریز ساختار:
مطالعه ریز ساختار داخلی قطعات فلزی در آلیاژها همچنین بررسی صحیح آنها بستگی به مقدمات اولیه تهیه و اماده کردن نمونه های آزمایش دارد.اساس کار در روش های عملی در تمامی مراحل تهیه و اماده کردن نمونه ها می باشد.
قدم اول برای تهیه یک نمونه جهت آزمایش انتخاب محل و سپس بریدن ان است.بایستی در بریدن و تهیه یک نمونه متالوگرافی از گرم شدن زیاد در هنگام بریدن نمونه جلوگیری و ممانعت به عمل آید.معمولا" در حین مواقعی به منظور اجتناب از گرم شدن نمونه ها در حین برش از مایعات خنک کننده استفاده میگردد.
در تهیه نمونه متالوگرافی از یک قطعه بزرگ که برش ان با گاز اکسی استیلن صورت میگیرد بدلیل اثرات نامطلوب گرم شدن نمونه در حین برش توسط گاز اکسی استیلن و در نتیجه تغییر ساختار نمونه تهیه شده نسبت به قطعه اصلی ابتدا یک قطعه کانی بزرگتر از نمونه اصلی تهیه نمود و سپس نمونه اصلی برای متالوگرافی را از قسمت وسط ان بریده و در مراحل بعد کار را روی ان انجام می دهند.به همین ترتیب در مورد قطعات بسیار سخت برای تهیه نمونه های متالوگرافی از آنها برش نمونه ها با استفاده از برنده های سختانجام می شودو سپس تحت شرایط قابل کنترل قشری از سطح حرارت دیده نمونه ها بوسیله سمباده از بین می رود.
در بسیاری از موارد پس از بریدن نمونه ها بهتر است آنها را در داخل مواد پلاستیکی حفاظت یا مانت نمائیم که معمولا" دو طریق برای مانت کردن نمونه ها وجود دارد: الف:مانت سرد: در این روش که معمولا" در مانو شیمیایی بصورت پودر مایع و یا مایع-مایع به نسبت های معین استفاده می شود.محلول بدست امده در حدود 50-40 درجه سانتیگراد حرارت دیده سپس در داخل قالب های پلاستیکی حاوی نمونه ها ریخته میشود.مانو مذبور پس از مدتی (از 1 تا 24 ساعت)پلیمریزه و سخت شده و نمونه ها را در بر می گیرد.
ب:مانت گرم: روش دوم با استفاده از مواد پلاستیکی ویژه ای انجام می گیرد.در این مرحله پس از قرار دادن نمونه در داخل محفظه دستگاه مانت و ریختن پودر پلوستیکی مورد نظر بر روی ان تحت فشاری حدود 3 تا 5 تن بر اینچ مربع و حرارت 200-150 درجه سانتیگراد پلیمیریزه و سخت می گردد و در بیشتر موارد با استفاده از مانت گرم و تحت فشار نتیجه نسبت به مانت های سرد بدست می آید.همچنین در این طریق مرز بین نمونه با مواد پلاستیکی پر شده و نفوذ موادی از قبیل محلول اچ الکل در ان قسمت تا مقدار زیادی کاهش می یابد.
اما ناگفته نماند که هر کدام از روش های فوق مزایای ویژه ای داشته و در مواردی خاص دارای مزایای بهتری نسبت به روش های دیگر دارد و انتخاب هر کدام به سلیقه شخصی و تجارب علمی فرد مذبور در این زمینه دارد.
سائیدن: در ابتدا سائیدن نمونه ها با سمباده زدن به روش خیس بر روی دیسک هائی که با سرعت معینی می چرخد و با استفاده از کاغذهای سمباده ضد اب و یا سمباده هائی که بشکل نوار هستند انجام می گیرد.کاغذهای سمباده حاوی مواد ساینده ای از جنس بسیار سخت کربراندوم و کاربید کلسیم هستند و اندازه ذرات آنها تعیین کننده سختی و نرمی آنها نسبت به هم بوده و متناسب با سختی ما دو مورد نظر برای سائیدن سطح فلز یا آلیاژ انتخاب می گردند.
قطر ذرات سختی که در روی کاغذهای سمباده قرار می گیرند مشخص کننده مش آنها بوده و معمولا" برای سمباده زدن و سائیدن سطوح فلزات و آلیاژها از سمباده هائی با شماره های 120-240-280-330-400-600 استفاده می شود.
در هنگامسمباده زدن سطح یک جسم جریان اب بطور مداوم بر روی سمباده ها جاری می شود و نمونه در هر مرحله از سمباده زنی به اندازه 90 درجه نسبت به حالت قبل چرخیده و معمولا" قبل از شروع کار با سمباده ریزتر متوسط اب یا الکل شسته شده و بالاخره پس از مرحله نهایی و اخرین سایش نمونه پس از شستشوی اب یا الکل خشک شده و در مرحله دیگر براق یا صیقلی می گردد.دقت در سمباده زدن سطوح نمونه ها از فلزات و آلیاژهای مختلف نسبتا" متفاوت است.
بطور مثال در مورد چدن های گرافیتی بدلیل از بین نرفتن گرافیت ها در سطوح زمان ادامه هر مرحله از سمباده زدن در مورد سمباده نهایی دقت بیشتری لازم است.
در بیشتر موارد پس از سمباده زدن نمونه ها به روش خیس معمولا" در مرحله نهایی از یک سمباده خشک 210 نیز استفاده می گردد که بدلیل از بین رفتن ذرات ریز کننده شده در حین سمباده زدن سطح نمونه بطور مداوم توسط الکل شسته شده و با پارچه نرمی خشک می گردد.برای مشاهده ساختار ماکروسکپی نمونه ها را پس از سمباده زدن کامل و اتمام مرحله نهایی سمباده کاری اچ ماکروسکپی می نمایند.
صیقل یا پولیش: مرحلهپولیش و صیقل کردن سطح نمونه ها پس از مرحله سمباده زدن انجام می گیرد.در این مرحله پولیش سطح نمونه در روی دیسک چرخان که از نمد پوشیده شده با استفاده از خمیر الماس در اندازه های0.25-05-1-6 میکرون انجام می گیرد.
برای پولیش نمونه های آلیاژی قلع-سرب-روی-منیزیمو آلومینیوم دستگاهی مشابهی با نمد مخصوص بکار میرود.در ابتدا با استفاده از خمیر الماس و به ترتیب با اندازه و دانه های 1و6 میکرون پولیش شده سپس بوسیله پولیش دستی و اب مقطر با خمیر اکسیر منیزیم و با اندازه دانه0.5 میکرون صیقل می شود.
برای پولیش چدن سفید ابتدا از خمیر الماس 1 میکرون و در اخر از خمیر 0.5 میکرون استفاده می گردد.پولیش نمونه های چدن خاکستری گرافیتی در چند مرحله پیاپی انجام می گیرد.بدین ترتیب که ابتدا پس از اتمام مرحله سمباده کاری نمونه مورد نظر با محلول شیمیایی که معمولا" پیکرال است اچ می گردد و پس از شستن و خشک کردن انرا پولیش می کنند.بدین ترتیب حداقل سه مرحله پیاپی سطح نمونه مورد نظر پولیش را اچ می گردد.در هر مرحله نمونه شسته و برای مرحله بعدی کاملا" خشک می گردد.برای نمونه هایی با کیفیت عالی و به منظور سطح تمام شده مناسب برای عکسبرداری معمولا" یک مرحله پولیش نهایی کوتاه مدت در روی نمد و خمیر الومینا با عدد ریزی زیاد انجام می گیرد.در مورد فلزات و آلیاژهای سخت تر از قبیل فولادهای نیکل و کبالت و پولیش نهایی با خمیر الماس 25% لازم و ضروری است.
معمولا در مرحله پولیش نهایی با دو مسئله مهم مواجه هستیم که ابتدا تغییر صیقل شده است که به سیلات سطحی و نفوذ برخی ذرات خارجی از قبیل ذرات پولیش کننده در سطح نمونه ها در حین پولیش ایجاد می کند.
با استفاده از عمل فشار سرعت و زمان مناسب برای پولیش و همچنین بکار بردن مقدار کافی از مواد صیقل دهنده شکل سریعا" برطرف می گردد.شکل دیگری که ممکن است دز نمونه ها در حین پولیش ظاهر گردد و خارج شدن ناخالصی های غیرفلزی از سطح در حال سایش که با کنترل مدت پولیش را بیش از حد صیقل نکردن سطوح نمونه ها این شکل نیز سایعا" برطرف خواهد شد.عیب ناخالصی های غیرفلزی را می توان قبل از اچ کردن سطح نمونه ها در زیر میکروسکوپ بطور کاری مشاهده نمود.همچنین در مورد برخی فلزات ریختگی روش پولیش و اچ کردن متناوب سطح نمونه ها نتایج بهتری در ظاهر شدن ریز ساختار و بطور کلی تهیه نمونه های میکروسکوپی خواهند داد.
پولیش الکترونی: این مرحله که در بسیاری از موارد پس از پولیش نهایی مورد استفاده قرار می گیرد اغلب برای نمونه های کوچک و در واقع برای فلزات خالص تجاری یا آلیاژهای تک فاز استفاده می گردد.نمونه ها را پس از پولیش الکترونی می توان با هر دو روش اچ الکترونی و اچ شیمیایی اچ نمود.
اچ شیمیایی:بمنظور مشاهده زمینه دانه های یوتکتیکی اندازه دانه ها بطور کلی برای بررسی ریز ساختارها و ساختارهای ماکروسکپی قطعات فلزی و آلیاژها معمولا از روش اچ کردن شیمیایی استفاده می کنند.همجنین برای تشخیص مرغوبیت خمیری و یکنواختی نمونه های اماده شده پس از صیقل نمودن روش اچ کردن بکار برده می شود.
در موارد دیگر برای مشاهده عیوب ریختکی در مقیاس ماکروسکپی قطعات را اچ ماکروسکپی می نمایند.معمولا" برای اچ کردن نمونه های محلول های شیمیایی قوی که در داخل محفظه های مخصوص نگهداری می شوند مورد استفاده قرار می گیرند.همچنین اغلب محلول هایی که برای اچ ماکروسکپی بکار برده می شود پس از ترکیب شدن با فلز یا آلیاژ مورد نظر رسوباتی در روی سطح اچ شده باقی می گذارندو معمولا" به طریقه های شیمیایی یا مکانیکی آنها را از بین می برند.روش های علمی زیادی برای اچ ماکروسکپی و میکروسکپی مورد استفاده واقع می گردد اما بطور معمولی روش های غوطه ور سازی و همچنین اچ مالشی بیشتر استفاده می کنند که در روش غوطه ورسازی نمونه مورد نظر را در داخل محلول اچ در مدت زمان معینی حرکت می دهند سپس با اب و الکل سطح انرا تمیز می کنند.پارچه نرم یا پنبه را به محلول اغشته کرده سپس بر روی سطح اچ شونده انرا به ارامی مالش می دهند تا سطح مورد نظر توسط محلول اچ خورده شود.
اچ میکروسکپی به خاطر چند علت زیر مورد استفاده قرار می گیرد: الف) بمنظور ظاهر شدن ساختار زمینه دار دانه های یوتکتیکی و فازها.
ب) بمنظور ظاهر شدن جزئیات بیشتر در ساختار میکروسکپی از قبیل شاخه های دندریتی مرز دانه ها و هسته دار شدن دانه ها.
در بیشتر مواد لازم است که محلول های اچ متفاوتی را برای میکروسکپی مورد آزمایش قرار دهند وقتی ممکن