Metalografia. Nowe laboratorium już działa

Wewnętrzna struktura metalu bez tajemnic 

Funkcjonujące już w ramach Działu Badawczo-Rozwojowego Rawlplug Laboratorium Metalograficzne zapewnia kompleksowe zaplecze sprzętowe, pozwalające na wykonanie preparatyki próbek (cięcie, inkludowanie, szlifowanie i polerowanie) oraz ich badanie (analiza makro i mikrostruktury, twardość) na najwyższym poziomie. Warto przy tym podkreślić, że preparatyka metalograficzna ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wiarygodnych wyników.

Urządzenia do preparatyki metalograficznej 

• Przecinarka z posuwem automatycznym 

Cięcie jest pierwszym etapem preparatyki metalograficznej. Ma ono kluczowe znaczenie dla dalszego procesu przygotowawczego próbek, a także wpływa na samo ich badanie. Nieodpowiednio wykonane znacznie wydłuży preparatykę. Może też powodować powstawanie artefaktów, czyli zmianę struktury próbki (otrzymane później wyniki badań nie będą odpowiadać temu, jak materiał wygląda i jakie właściwości ma w rzeczywistości).  

W przypadku przecinarek z posuwem ręcznym każda zmiana docisku tarczy tnącej do próbki powoduje powstawanie uskoków na przekroju, co wiąże się z koniecznością wydłużenia procesu szlifowania i polerowania. Problem ten nie występuje w przypadku przecinarek z posuwem automatycznym. Profesjonalna przecinarka metalograficzna, jak ta, którą posiadamy w naszym laboratorium, musi być także wyposażona w system chłodzenia próbki w czasie cięcia, tak aby uniknąć powstawania warstwy przemienionej cieplnie. Pozwala to na ujawnienie rzeczywistej struktury metalu wewnątrz badanego przedmiotu bez wprowadzania do niej zmian podczas preparatyki. Ciekawostka: jakość cięcia specjalistycznym sprzętem można porównać do efektów czasochłonnego szlifowania na papierze o gradacji 200-300. 

• Inkluder do zatapiania próbek w żywicy na gorąco 

Po cięciu próbki trafiają do inkludera, który zatapia je w żywicy, w krążkach o średnicy 40 mm.  Przygotowane w ten sposób próbki mają ustandaryzowane wymiary, dzięki czemu idealnie nadają się do zamocowania w uchwycie maszyny oraz dokładnego szlifowania i polerowania. 

• Szlifierko-polerka z uchwytem na próbki i indywidualnym dociskiem 

Polerowanie jest zazwyczaj najdłuższym i najbardziej wymagającym elementem preparatyki metalograficznej. Często jest ono poprzedzane szlifowaniem na tarczach o gradacji 200 – 300. Bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na jakość tego procesu jest zapewnienie stałego i równomiernego docisku próbki do tarczy polerskiej – tylko to daje pewność, że ziarna wewnątrz materiału zostały przecięte dokładnie w poprzek. W przeciwnym przypadku informacje na temat wielkości oraz składu ziaren (a co za tym idzie, właściwości materiału) będą przekłamane. Taki efekt bardzo trudno uzyskać przy polerowaniu ręcznym, natomiast jest on o wiele prostszy do osiągnięcia na polerce z uchwytem na próbki i automatycznym dociskiem.  

O długości polerowania i liczbie jego etapów decyduje to, jakie badania będą wykonywane na próbce. W przypadku badania makrotwardości (np. twardość Rockwella, metoda C – HRC) wystarczające jest samo szlifowanie. Próbki do badania mikrotwardości (np. metodą Vickersa) powinny być polerowane z wykorzystaniem zawiesiny diamentowej 3 µm. Ostatecznym etapem polerowania próbek do ujawniania i obserwacji mikrostruktury powinno być z kolei wykorzystanie zawiesiny tlenków o średnicy ziaren równej 0,25 µm (taka powierzchnia jest gładka jak idealne lustro).   

Urządzenia do badań 

• Mikro- i makrotwardościomierz 

Badania mikro- i makrotwardości wykonywane są zazwyczaj za pomocą dwóch różnych urządzeń. Mikrotwardościomierze mają precyzyjną optykę i motorykę stolika, ale pozwalają na przyłożenie tylko niewielkich obciążeń na wgłębnik. Makrotwardościomierze często są całkowicie pozbawione optyki i ruchomego stolika, ale pozwalają przykładać duże obciążenia na wgłębnik. 

Twardościomierz, który posiadamy w naszym laboratorium, łączy w sobie natomiast wszystkie wymienione wyżej cechy. Dysponuje on bardzo szerokim zakresem sił (od 50 g do 250 kg), pozwalającym zarówno na badanie twardości metodą Vickersa (nawet od HV 0,05), Rockwella (HRC – 150 kGf), Knoopa czy Brinella. Możemy dzięki niemu badać m.in. twardość warstwy wierzchniej oraz głębokość nawęglenia (np. w przypadku wkrętów do betonu R-LX czy hartowanych indukcyjnie R-HLX), ale także wkrętów do drewna R-PTX czy wkręty do mocowania płyt GK do profili stalowych R-FSM). 

Badania mikrotwardości i makrotwardości pomagają nam wyznaczyć m.in. właściwości mechaniczne finalnego wyrobu, a także określić zdolność wkrętów do nagwintowania podłoża, w którym będą instalowane. 

• Mikroskop cyfrowy z powiększeniem nawet do x1000 

Dzięki niemu zbadamy wszystko to, czego nie można zbadać za pomocą twardościomierza – przede wszystkim strukturę wewnętrzną stali (oraz jej rodzaj). Funkcja automatycznego zliczania ziaren pozwala na bardzo szybkie i precyzyjne określenie udziału poszczególnych faz w badanym materiale oraz na oszacowanie zawartości węgla w stali. Urządzenie umożliwiające obserwację i pomiary na ogromnym powiększeniu pokaże wszystkie pory i ujawni defekty. Pozwoli też sprawdzić, czy obróbka cieplna była prawidłowa (więcej o nowym mikroskopie przeczytasz w poświęconym mu artykule).