متالوگرافی چیست؟

(قسمت اول)

در واقع متالوگرافی اولین مرحله برای مشاهده سطح اجسام می باشد. با متالوگرافی، در حقیقت ما سطح جسم را برای مشاهده، البته با چشم مسلح آماده می کنیم.

سالیان دراز طول كشید تا دانشمندان و پژ ‍ وهشگران بتوانند راهی برای بزرگ نمایی اجسام پیدا كنند و به چنان قدرتی در این عرصه دست یابند كه حتی مقیاس نانو نیز به جولانگاهی برای مطالعه دانشمندان علم مواد تبدیل شود. اما بزرگ نمایی تنها مشكل اجسام مشاهده نبود. بررسی‌های بیشتر دانشمندان نشان داد كه مشاهده نوع ساختار سطح مواد نیازمند یك سری عملیات ابتدایی به منظور آماده‌سازی آن است. بعد از آماده‌سازی سطح نمونه ما قادر به شناسایی ساختار هستیم. در نتیجه می‌توانیم به خواص فیزیكی و مكانیكی مواد پی ببریم و در نهایت آنها را تغییر دهیم.

لغات کلیدی تعریف متالوگرافی عبارتند از: آماده سازی (preparation)، ریزساختار (microstructure) و خواص فیزیکی و مکانیکی (physical and mechanical properties) آماده سازی شامل تهیه قطعه ای از فلز، برش تکه ای کوچک از این فلز، قرار دادن آن در داخل مواد مانت (به سبب کوچک بودن بیش از اندازه این قطعات، جابه جایی آن ها سخت است)، سایش سطح فلز با انواع مختلفی از ساینده های ریز، پولیش قطعه تا زمان برطرف شدن کلیه خراش های ناشی از سایش نهایی، قرار دادن نمونه در معرض یک محیط خورنده (معمولا اسیدی) و در نهایت مشاهده آن در میکروسکوپی با محدوده بزرگنمایی 1500-50 برابر می باشد.

ریزساختار اتمی نمونه پولیش و اچ شده است. خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه با سختی، سختی پذیری، استحکام کششی ماده مرتبط است.

متالوگرافی مشتمل بر دو نوع است: تحقیقاتی و کنترل کیفی. از این دو نوع، شاید متالوگرافی تحقیقاتی به دلیل نیاز به شناخت دیاگرام های فازی و دیاگرام های TTT پیچیده تر باشد. از طرف دیگر، متالوگرافی کنترل کیفی برای صنعت بیشترین اهمیت را دارد. در کنترل کیفی، مدت زمان تحویل نمونه برای آماده سازی متالوگرافی تا هنگام ارائه نتایج بسیار پر اهمیت است.

آماده سازی نمونه

ما دو دسته عملیات برای آماده سازی انجام می دهیم. اول یک سری عملیات های فیزیکی از قبیل تمیز کاری و صیقل دادن سطح فلز و سپس یک سری عملیات شیمیایی مثل اچ کردن که مرز دانه ها را برایمان واضح تر می کند.

آماده سازی نمونه متالوگرافی را تا حد زیادی می توان یک هنر دانست. معمولاً در آزمایشگاه های مختلف از شیوه های متفاوتی برای آماده سازی نمونه استفاده می شود. با توجه به اینکه فلزات از نظر سختی و بافت با یکدیگر متفاوت هستند از این رو با توجه به نوع فلز مورد آزمایش روش آماده سازی نمونه ممکن است کمی متفاوت باشد. ولی بصورت کلی عملیات آماده سازی نمونه ها مشابه می باشد. برای آشنایی با فرایند آماده سازی یک نمونه متالوگرافی روش رایج در مورد آهن و فولاد مورد بررسی قرار می گیرد.

در واقع کلید دست یابی به تفسیری دقیق از یک ریزساختار، آماده سازی صحیح نمونه از ماده تحت آزمایش می باشد.

بنا به تعریف، سطح متالوگرافی آماده شده به روش صحیح باید موارد زیر را تامین نماید:

**صاف و عاری از خراش، شکاف، زنگ و سایر آلودگی هایی باشد که به سطح صدمه می زنند

**حاوی کلیه آخال های غیر فلزی سالم باشد

**عدم وجود هر گونه براده یا تراشه ناشی از ترکیبات بین فلزی سخت و ترد

**عاری از هر گونه اثرات فلزات مزاحم باشد

در بسیاری از اوقات عملیات تولید تا زمان اتمام فعالیت آزمایشگاه متالوگرافی برای ارزیابی مواردی از قبیل: آیا عملیات حرارتی انجام گرفته، سختی یا اندازه دانه مورد نظر را فراهم نموده است؟ و یا  آیا در عملیات کربن دهی به عمق سختی مطلوب رسیده ایم؟ و مواردی از این قبیل متوقف خواهد شد.

یک نمونه کوچک که از یک قطعه فولادی جدا شده را در نظر بگیرید که یک سطح تخت مناسب در یک طرف این نمونه بوسیله اره کردن و سنگ زنی آمده شده است. روش معمول این است که این نمونه در یک قرص پلاستیکی با قطر یک اینچ 25 میلیمتر و ضخامت یک دوم اینچ نصب می شود به طوری که سطحی از نمونه که قرار است پولیش شود در یک طرف دیسک قرار بگیرد . در یک روش برای تولید این قرص نمونه در داخل یک قالب ساده استوانه ای قرار داده شده و سپس رزین اپوکسی مایع در داخل قالب ریخته می شود.

این مراحل به چهار مرحله مختلف طبقه بندی می شود:

1. سایش نرم

2. پرداخت خشن

3. پرداخت نهایی

4. اچ کردن

در سه قسمت اول هدف اصلی کاهش ضخامت لایه تغییر شکل یافته زیر سطح نمونه است عملیات برش سنگ زنی و سایش فلز نزدیک به سطح را به شدت تغییر شکل می دهند. ساختار واقعی فلز تنها زمانی آشکار می شود که لایه تغییر شکل یافته کاملا از روی سطح برداشته شود. چون هر مرحله از آماده سازی نمونه نیز به خودی خود باعث تغییر شکل در سطح می شود، بنابراین در هر مرحله باید از ساینده های نرم تر از قبلی استفاده شود. هر ساینده سبب جدا شدن لایه تغییر شکل یافته ناشی از مرحله قبل می شود در حالی که همین ساینده، یک لایه اعوجاج یافته با عمق کمتر نیز تولید می کند.

     ادامه دارد...

منبع: metallography ، anoclub،wikipg