تخصصی متالورژی

مقدمه :

  اصولاً می توان گفت که متالوگرافی عبارتست از بررسی و مطالعه ی ساختار داخلی فلزات و سایر مواد از جمله پلیمرها، سرامیک ها و غیره که گروهی نیز آن را علم ماده شناسی می نامند. مر بوط می شود.

تاریخچه ی این علم از کشف دانشمند بزرگی به نام سوربی Sorby مبنی بر امکان پولیش و اچ کردن سطوح مختلف فلزی و مشاهده ی جزئیات ساختمانی  آن ها با چشم مسلح و یا غیر مسلح آغاز می شود.پس از آن نیز این علم به سرعت جای خود را به عنوان یکی از پایه های اساسی متالورژی باز نموده و تا به امروز که با پیدایش میکروسکوپ های الکترونی پیشرفته بشر قادر به تجزیه و تحلیل دقیق اجزاء تشکیل دهنده ی فازهای مختلف در شبکه ی ساختمانی مواد گوناگون می باشد، این جایگاه را به خوبی حفظ نموده است.

به طور کلی مطالعات متالوگرافی علاوه بر اطلاعات گسترده ای که در زمینه ی ترکیب شیمیایی و خواص مختلف ماده به ما می دهد، ساختمان کریستالی آن را نیز برایمان آشکار ساخته و اطلاعات ارزشمندی در رابطه با تاریخچه ی کار مکانیکی یا عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن نیز در اختیار ما قرار می دهد.

بنابراین به جرأت می توان گفت که دانشمندان و مهندسین امروز بدون دانستن اصول مدرن متالوگرافی و استفاده ی بهینه از این علم قادر به حل مسائل روزمره خود نخواهند بود و امروزه چه در فعالیت های تحقیقاتی و پژوهشی این علم از جمله ابزارهای مهم کار هر مهندس و پژوهش گری به شمار می رود.

1- آشنایی با وسائل متالوگرافی و نحوه آماده کردن نمونه ها:

متالوگرافی عبارتست از بررسی و مطالعه ساختمان سطح مقطع فلزات و آلیاژها که به دو روش ماکروسکوپی و میکروسکوپی صورت می گیرد.مطالعه ساختمان ماکروسکوپی را ماکروگرافی و ساختمان میکروسکوپی را میکروگرافی می نامند.

ساختمان ماکروسکوپی عبارتست از ساختمان فلزات و آلیاژها که با چشم غیر مسلح و یا بزرگنمایی های کم قابل رؤیت باشد.این ساختمان را می توان مستقیماً بر سطح قطعه ی کار یا بر مقطع شکست آن و یا اغلب بر نمونه هایی که از شمش های بزرگ یا قطعه کارها گرفته می شود،  مطالعه نمود.در این جا ابتدا سطح نمونه صیقلی شده و سپس توسط عوامل شیمیایی مخصوص اچ می گردد.عملی که محلول های اچ انجام می دهند، حل کردن سطح فلز و نشان دادن اجزاء آن و نمایش حفره ها، ترک ها و دیگر معایب موجود می باشد.میکروگرافی عبارتست از مطالعه ی ساختمان داخلی فلزات و آلیاژها در زیر یک میکروسکوپ با بزرگنمایی هایی از 75 تا00 15 برابر یا بیشتر.ساختمان هایی که به این صورت مشاهده می شوند، ساختمان میکروسکوپی یا نامرئی نامیده می شوند.هدف از مطالعه ی متالوگرافی تعیین ساختمان داخلی و برسی آن از نظر دانه بندی، مرز دانه ها یا توزیع دانه ها و فازهای تشکیل دهنده ی فلز می باشد.علاوه بر آن می توان مشخصات ساختمانی، برخی از انواع اثرات کار مکانیکی، کشف عیوب ریز، ذرات غیر فلزی، ترک های کوچک و... در برخی موارد تعیین عناصر شیمیایی آلیاژها را نیز در زمره ی اهداف مطالعات متالوگرافی قرار داد.

 برای بررسی و مطالعات سطح مقطع یک فلز باید مراحل زیر را طی کرد :

نمونه برداری از قطعه ی مورد نیاز،مانت کردن،آماده کردن سطح نمونه ( سنگ زنی، سنباده زدن، پولیش کردن  و اچ کردن)،بررسی سطح مقطع به طریق میکروسکوپی و ماکروسکوپی.

  اکنون به تشریح هر یک از مراحل فوق می پردازیم.

1-1-نمونه برداری از قطعه مورد نظر:

برای سطح مقطع یک فلز بایستی از آن نمونه برداری کرد.نمونه باید از قسمتی از قطعه برداشته شود که با سایر مناطق مشابهت دارد.به طوری که با توجه به آن بتوان روی خواص کلی قطعه اظهار نظر کرد.

مشاهدات میکروگرافی بر نمونه هایی بنام مقطع کوچک Micrisection انجام می گیرد.این کاربا برداشتن نمونه ی کوچکی به شکل مکعب و به ابعاد 10 میلی متر و یا پولکی به قطر 15 و ارتفاع 15 میلی متر ازفلز صورت می گیرد.پس اولین مرحله برای مطالعات متالوگرافی شامل نمونه برداری از قطعه کار است  که این کار با کمک اره دستی یا ماشین نمونه برداری صورت می گیرد.در این جا باید دقت شود که درضمن عمل نمونه داغ نشده و سطح برش حتی الامکان عمود بر محور نمونه باشد

1-2-مانت کردن :

عمل مانت کردن به دو دلیل صورت می گیرد.یکی آن که قطعه ی کار کوچک است و دیگری آن که استفاده از دستگاههای مخصوص در این مرحله مستلزم آن است که قطعه در ابعاد بخصوصی باشد.مانت کردن یعنی نصب کردن قطعه در داخل مواد پلاستیکی که به دو روش گرم و سرد انجام می گیرد.

• ·          مانت گرم:

در اینجا ابتدا نمونه را از طرفی که مورد بررسی قرار می گیرد در کف محفظه ی قالب قرار داده و پودر مخصوص مانت کردن را روی آن می ریزند سپس این پودر تحت فشار و دما ذوب شده و دور نمونه را می گیرد.در مرحله ی بعد ان را با آب و وسایل خنک کننده ی دیگر سرد کرده و به این ترتیب نمونه ی مانت شده بدست می آید.در این روش دمایی لازم برای ذوب مابین 120  و 180 درجه ی سانتی گراد می باشد.

• ·           مانت سرد:

به طور کلی برای فلزاتی که دارای نقطه ی ذوب پایینی بوده و یا انعطاف پذیری زیادی دارند نمی توان از روش مانت گرم استفاده کرد چرا که اعمال فشار یا درجه حرارتی که در عملیات مانت گرم بکار می رود ساختمان سطح مقطع فلز تغییر داده و مطالعه متالوگرافی آن را مشکل می کند.در چنین حالتی از مانت سرد استفاده می شود در اینجا از یک پودر بعلاوه محلول و کاتالیزگر بخصوصی استفاده کرده و با مخلوط کردن این مواد مایه ی اولیه مانت سرد به دست می آید.باز هم نمونه را از طرفی که مورد بررسی قرار می گیرد در کف محفظه قالب قرار داده و مخلوط فوق را بر روی آن ریخته و صبر می کنیم تا خودش را بگیرد.این روش بیشتر برای فلزات غیرآهنی مثل سرب، قلع و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.

1-3-آماده کردن سطح نمونه :

آماده کردن سطح نمونه همان طور که گفته شد شامل مراحل زیر می باشد :

• ·         سنگ زدن :

نمونه پس از بریده شدن مورد سنگ زنی قرار می گیرد تا گوشه های تیز و خطوط عمیق حاصل از اره محو شده و بدین ترتیب از خراب شدن سنباده ها و صفحه ی پولیش جلوگیری شود.دستگاه سنگ زنی معمولاً دارای دو سطح خشن و نرم است.

ابتدا نمونه را روی سطح خشن گرفته و بعد از صاف شدن نسبی آن را روی دیسک نرمتر می گیریم تا سطح نمونه صاف تر گردد.

• ·         سنباده زنی :

بعد از آن که نمونه سنگ زنی شد و خطوط عمیق و ناهمواری های اولیه ی آن بر طرف گردید آن را روی سنباده60 که بر روی دیسکی سوار شده است می گیرند تا سطح اش قدری صاف تر گردد.سپس عملیات سنباده زدن اصلی در 4 مرحله معمولاً به ترتیب بر روی سنباده های (1200 1000و800و600و420و320و220و120و100و80) صورت می گیرد که در آزمایشگاه ما از سمباده های 100 و 320 و 600 و 800 و 1000 و 1500 و 2500 استفاده شد.هر اندازه که سنباده نرم تر باشد فشردن نمونه برروی آن آهسته تر صورت می گیرد.عمل سنباده زنی را ابتدا بر روی کاغذ سنباده ی خشن شروع کرده و سپس به ترتیب به سنباده های نرم تر می روند.جهت سنباده زدن از یک دیسک به دیسک بعدی تغییر کرده و هر بار نمونه به اندازه ی90درجه چرخانده می شود تا خطوطی که از سنباده ی قبلی حاصل شده است کاملاً محو گردد و هر بار خطی عمود بر خطوط قبلی ایجاد شود.در پایان هر مرحله سنباده زدن و پیش از شروع مرحله ی بعدی بر روی سنباده نرم تر لازم است نمونه به دقت شسته شود تا ذرات درشت تر سنباده مرحله ی قبل، صفحه ی سنباده ی مرحله بعدی را آلوده نکنند.حال اگر که سنباده زنی بر روی سنباده هایی صورت گیرد که جریان آب از روی آن ها عبور می کند، دیگر لزومی به تمیز کردن نمونه بعد از هر مرحله نخواهد بود.

• ·         پولیش کردن مکانیکی :

پولیش مکانیکی بر روی یک دیسک چرخان که با ماهوت یا نمد پوشانده شده و به آن یک ماده ی ساینده خیلی نرم (مثل اکسید آلومینیم یااکسید منیزیم) پاشیده می شود، صورت می گیرد.ماهوت یا نمدی که در این جا به کار می رود باید ضخیم بوده و عاری از ذرات سخت مخصوصاً گرد و خاک باشد تا موجب ایجاد شیار بر روی نمونه نگردد.در تمام مدت صیقل کاری لازم است که به تناوب نمد را با گرد آلومین معلق در آب آغشته کرد.

1-4-اچ کردن :

اچ کردن عبارتست از خوردگی سطح فلز به وسیله ی یک مایع خورنده که معمولاً نوعی اسید است.بعضی از فلزات بدون اچ کردن تا حدودی ساختمان خود را نشان می دهند.(مانند چدن خاکستری و یا گرافیت کروی که بدون اچ کردن گرافیت هایش مشخص است.)

هنگام اچ کردن مرز دانه ها و مناطق پرانرژی سطح خورده شده و دانه بندی قطعه کار مشخص می شود.همچنین دانه ها و فازهای مختلف ماده در مقابل مواد خورنده با شدت های متفاوتی خورده می شوند و این خود موجب تشخیص آن ها از یکدیگر می گردد.

هدف از انجام اچ شیمیایی ظاهر کردن فازهای مختلف تشکیل دهنده ی نمونه می باشد.گاهی اوقات اچ شیمیایی برای نشان دادن نا هماهنگی های ساختمانی، تصویر فازهای  تشکیل دهنده، نقایص سطحی و غیره به کار می رود.به جز برخی از موارد عمل اچ کردن معمولاً به روش غوطه وری انجام می گیرد.نمونه باید از طرف سطح پولیش شده به داخل محلول اچ وارد شود و در طی  مدت اچ کردن به آرامی در داخل محلول حرکت داده شود و در طی این مدت نباید نمونه را با انبر گرفت.