Металлографические исследования — ключ к контролю качества на ПЗПС

Металлография играет фундаментальную роль в контроле качества и разработке новых материалов. На Петербургском заводе прецизионных сплавов (ПЗПС) металлографические исследования являются неотъемлемой частью производственного процесса. Благодаря современному оборудованию и высокой квалификации специалистов предприятие обеспечивает точный анализ структуры сталей и сплавов, что напрямую влияет на качество, надежность и долговечность выпускаемой продукции.

Что такое металлография и зачем она нужна

Металлография — это раздел металловедения, изучающий структуру металлов и сплавов с помощью микроскопических методов. Она позволяет анализировать микроструктурные особенности материалов, такие как:

• размер и форма зерен;
• наличие фаз;
• дефекты и неоднородности;
• прочие характеристики, влияющие на механические и физические свойства.

Значение металлографии в материаловедении трудно переоценить. Она позволяет устанавливать взаимосвязь между структурой и свойствами материалов, что важно для оптимизации процессов производства и обработки сталей и сплавов, а также для прогнозирования поведения материалов в различных условиях эксплуатации.

На ПЗПС металлография применяется для:

• анализа макро- и микроструктуры сталей и сплавов;
• контроля качества готовой продукции;
• оценки влияния термической обработки.

Современные металлографические исследования немыслимы без точных и чувствительных микроскопов. Каждый тип такого оборудования имеет свои уникальные особенности, преимущества и области применения.

Микроскопы — ключевой инструмент металлографии

Микроскопы играют решающую роль в металлографических исследованиях, обеспечивая высокое разрешение изображений микроструктуры. С их помощью можно детально изучать морфологию зерен, распределение фаз, наличие дефектов и другие важные параметры, определяющие свойства материалов.

Оптические микроскопы

Оптический микроскоп использует видимый свет для создания увеличенного изображения объекта. Он позволяет наблюдать микроструктуру через отраженный свет.

Принцип действия 

1. Свет проходит через образец, затем через систему линз, которая увеличивает изображение. 
2. Объектив микроскопа собирает свет от образца и формирует первичное увеличенное изображение, которое затем дополнительно увеличивается окуляром. 
3. В результате наблюдатель видит детализированное изображение структуры образца.

Основные возможности

Оптические микроскопы активно используются на ПЗПС, поскольку они позволяют быстро и эффективно решать целый ряд задач:

• Определять размер зерен, что позволяет оценить прочность, пластичность и другие механические свойства сплавов.
• Идентификация фаз — различные фазы в материале имеют разные оптические свойства, что позволяет анализировать их распределение.
• Анализ микроструктурных дефектов — при соответствующем увеличении легко обнаружить и изучить такие дефекты, как трещины, пустоты и включения.

Преимущества

• Простота использования — оптические микроскопы относительно просты в обращении и не требуют сложной подготовки образцов.
• Доступность — они широко распространены и доступны по цене, что делает их популярным выбором для многих лабораторий.

Ограничения

• Разрешение — оптические микроскопы ограничены в разрешении из-за дифракции света. Максимальное увеличение обычно составляет около 2 тыс. раз, что может быть недостаточно для изучения очень мелких структур.
• Глубина резкости — ограниченная глубина резкости может затруднять получение четких изображений слоев, расположенных на разной глубине в образце.

Работа с оптическими микроскопами требует предварительной подготовки шлифов и травления поверхности: исследуемая плоскость должна быть гладкой, без царапин, рисок, ямок и загрязнений. Также стоит учитывать, что с помощью такого оборудования невозможно анализировать структуру менее 1 микрометра.

Электронные микроскопы: просвечивающие и растровые

Электронные микроскопы позволяют изучать материалы на нанометровом уровне, что открывает новые горизонты в металлографическом анализе.

Преимущества

• Высокое разрешение — изображения с разрешением в несколько нанометров делает электронные микроскопы незаменимыми для исследования тонких структур и дефектов.
• Высокая глубина резкости — позволяет получать четкие изображения объектов с неровной поверхностью.
• Широкий спектр применений, в том числе проведение химического анализа — используются в различных областях науки и техники, включая материаловедение, физику твердого тела, химию, биологию и медицину.

Ограничения

• Сложность подготовки образцов — для исследования в электронном микроскопе образцы должны быть тщательно подготовлены, что требует специальных навыков и оборудования.
• Ограничения по размеру и форме образцов — исследовать можно только образцы, которые возможно поместить в вакуумную камеру.
• Высокая стоимость оборудования и обслуживания — это ограничивает доступность электронных микроскопов для некоторых лабораторий.

Основные возможности

• Исследование тонких структур и дефектов — делает электронные микроскопы незаменимыми при изучении кристаллической структуры, микроструктуры и дефектов в металлах, полупроводниках и других материалах.
• Точечный анализ химического состава и структуры — различные детекторы, которыми оснащаются электронные микроскопы, позволяют точечно определять химический состав, распределение и концентрацию элементов в исследуемых образцах. 

Просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ)

Просвечивающий электронный микроскоп — это прибор для получения изображения ультратонких объектов с помощью пучка электронов, проходящего через образец. В ПЭМ электроны проходят через тонкую пленку образца, взаимодействуя с его атомами и изменяя свою траекторию. Детектор улавливает прошедшие электроны, и на основе их распределения формируется изображение.

Возможности ПЭМ:

• анализ кристаллической структуры на атомном уровне;
• обнаружение дислокаций, вакансий, микропор и других дефектов;
• измерение толщины пленок и слоев в многослойных материалах.

ПЭМ позволяет получать изображения с высоким разрешением, что делает его незаменимым инструментом для исследования структуры, дефектов и тонких слоев материалов. Он широко используется в материаловедении, физике твердого тела, химии и биологии.

Растровые электронные микроскопы (РЭМ)

Растровый электронный микроскоп — это прибор, который создает изображение объекта путем сканирования его поверхности пучком электронов. 

Применение РЭМ:

• исследование рельефа поверхности с высокой точностью;
• химический анализ точек и зон на поверхности;
• выявление микротрещин и включений в металле.

В РЭМ электронный пучок фокусируется на поверхности образца и перемещается по ней в растровом порядке. При взаимодействии электронов с атомами образца происходит генерация вторичных электронов, которые улавливаются детектором и преобразуются в изображение.

Атомно-силовые микроскопы (АСМ)

Атомно-силовой микроскоп — уникальный инструмент для анализа поверхности на атомарном уровне без необходимости создавать вакуум. Позволяет получить изображение с высоким пространственным разрешением. Микроскоп использует кантилевер (рычаг) с острым зондом, который «ощупывает» поверхность материала. Лазер отслеживает отклонения зонда и строит трехмерную модель рельефа.

Принцип работы

1. Зонд подводится к поверхности образца на расстояние нескольких нанометров. 
2. Между зондом и поверхностью возникают силы взаимодействия, которые могут быть как силами притяжения, так и силами отталкивания. 
3. Возникающие силы измеряются определенными методами, например, с помощью лазерного луча, отражающегося от кантилевера.
4. На основании полученных измерений строится трехмерная модель рельефа поверхности.

Основные возможности АСМ

• Изучение топографии поверхности — АСМ позволяет получать детальные изображения поверхности с высоким разрешением, что помогает изучать топографию поверхности, выявлять дефекты, неровности и другие особенности. Изображения могут быть представлены в виде трехмерных графиков, на которых наглядно виден рельеф поверхности.
• Измерение механических свойств на микро- и наноуровне — в том числе измерение жесткости, адгезии, упругости, трения и другого. Измерение свойств особенно важно при изучении материалов после термообработки, разработке новых сплавов и сталей и оптимизации технологических процессов.

Преимущества

• Высокое пространственное разрешение, что позволяет анализировать структуру в несколько нанометров.
• Возможность изучения поверхности в различных режимах: контактном, полуконтактном и бесконтактном.
• Возможность измерения механических свойств поверхности.
• Отсутствие специальной подготовки образца, благодаря чему можно исследовать поверхность в ее естественном состоянии.

Ограничения

• Сложность и высокая стоимость оборудования.
• Ограниченная область сканирования, которая зависит от размера кантилевера и образца.
• Влияние внешних факторов (температуры, влажности и вибраций) на качество изображения.
• Сложность интерпретации полученных данных, что требует высокой квалификации оператора.

Продукция ПЗПС: сплавы, проверенные под микроскопом

На ПЗПС проводится строгий металлографический контроль с применением оптических микроскопов отраженного света. Это позволяет оперативно выявлять отклонения и обеспечивать стабильность характеристик продукции.

Ассортимент холоднокатаной ленты из:

• прецизионных магнитно-мягких сплавов марок 49К2ФА-ВИ, 27КХ, 50Н, 50НП, 79НМ, 80НМ, 81НМА;
• прецизионных сплавов для упругих элементов марок 40КХНМ, 36НХТЮ, 17ХНГТ;
• прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением марок Х15Ю5, Х23Ю5, Х23Ю5Т, Х15Н60-Н, Х20Н80-Н;
• коррозионностойких сталей марок 12Х18Н9, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М3Т;
• жаропрочных сплавов марок 20Х13 и ХН78Т.

Этот ассортимент продукции покрывает широкий спектр потребностей в приборостроении, электронике, авиации, нефтехимии и других отраслях. По вопросам сотрудничества обращайтесь по телефону +7 (812) 740-76-87 или оставляйте заявку на сайте. Наши специалисты подберут прецизионные сплавы или специальные стали под любые технические задачи.

‍