آزمایشات متالوگرافی

آزمایشات متالوگرافی
مقدمه :
متالوگرافی عبارت است از بررسی و مطالعه ساختمان مقطع فلزات و آلیاژ ها که به دوروش ماکروسکوپی ومیکروسکوپی صورت می گیرد . مطالعه ساختمان ماکروسکوپی را ماکروگرافی وساختمان میکروسکوپی را میکرو گرافی می نامند .
ساختمان ماکروسکوپی عبارت است از ساختمان فلزات و آلیاژها که با چشم غیر مسلح یا بزرگنمایی های کم قابل رویت باشد . این ساختمان را می توان مستقیماً بر سطح قطعه کاریا بر مقطع شکست آن ویا اغلب بر نمونه هایی که از شمشهای بزرگ یا قطعه کارها گرفته می شود مطالعه نمود . در اینجا ابتدا سطح نمونه صیقلی شده وسپس توسط عوامل شیمیایی مخصوص اچ می گردد وعملی که محلول های اچ انجام می دهند . حمل کردن سطح فلز ونشان دادن اجزاء مختلف آن ونمایش حفره ها ، ترکها ودیگر معایب موجود می باشد .
میکروگرافی عبارت است از مطالعه ساختمان داخلی فلزات وآلیاژها در زیر یک میکروسکوپ یا بزرگنمایی هایی از 75 تا 1500 برابر یا بیشتر . ساختمانهایی که بدین صورت مشاهده می شوند ساختمان میکروسکوپی یا نامرئی نامیده می شوند. هدف از مطالعه متالوگرافی تعیین ساختمان داخلی و بررسی آن از نظر دانه بندی ، مرز دانه ها و توزیع دانه ها و فازهای تشکیل دهنده فلز می باشد علاوه بر آن می توان آشکار کردن مشخصات ساختمانی ، برخی از انواع اثرات کار مکانیکی ، کشف عیوب ریز ( ذرات غیر فلزی ، ترکهای کوچک و غیره ) ودربرخی موارد تعیین عناصر شیمیایی آلیاژها را نیز در زمره اهداف مطالعات متالو گرافی قرار دارد .
تجربه نشان داده است که موفقیت در مطالعات میکروسکوپی بیشتربه توجهی که در آماده سازی نمونه مبذول می شود، بستگی دارد. حتی گرانترین میکروسکوپ های ساختار میکروسکوپی نمونه ای را که ضعیف آماده سازی شده آشکار نخواهد کرد روش آماده سازی یک نمونه نسبتاً ساده است و به تکنیکی مربوط می شود که فقط با تمرین مداوم توسعه یافته است بعد از آماده سازی ، در نهایت چیزی که بوجود می آید یک سطح صاف آینه مانند بدون خراش است .
تئوری :
برای بررسی و مطالعه سطح مقطع یک فلز باید مراحل زیر را طی کرد :

1. نمونه برداری از قطعه مورد بررسی .
2. مانت کردن.
3. آماده کردن سطح نمونه ( شامل سنگ زنی ، سنباده زدن ، پولیش کردن واچ کردن ) .
4. بررسی سطح مقطع به طریق میکروسکوپی و ماکروسکوپی .

نمونه برداری :
انتخاب نمونه برای مطالعه میکروسکوپی بسیار مهم است . این نمونه باید از قسمتی از قطعه برداشته شود که با سایر مناطق ساختار مشابهت داشته باشد . بطوریکه با توجه به آن بتوان روی خواص کلی قطعه اظهار نظر نمود واگر قرار است عیبی مورد بررسی قرار گیرد نمونه را باید تا حد امکان نزدیک به ناحیه عیب انتخاب کرد ه وبا نمونه ای که از قسمت عادی ( بدون عیب ) برداشته شده مقایسه کرد .
اگر ماده ای مانند فلزات و آلیاژها ی غیر آهنی و فولادهای عملیات حرارتی نشده نرم باشد نمونه را می توان با بریدن بوسیله اره بطور دستی تهیه نمود واگر ماده سخت باشد می توان با استفاده از یک سنگ سنباده برشی نمونه را تهیه کرد . این سنگ دیسک نازکی است که از مواد ساینده برشی مناسب درست شده وبا سرعت زیادی می چرخد ماده باید درحین عمل برش خنک نگه داشته شود .
مشاهد ات میکروگرافی بر نمونه هایی بنام مقطع کوچک انجام می گیرد این کار با برداشتن نمونه کوچکی به شکل مکعب وبه ابعاد 10mm ویا پولکی mm 15 وارتفاع mm 15 از فلز صورت می گیرد .
در حین عمل نمونه برداری باید دقت شودکه نمونه داغ نشده و سطح برش آن حتی الامکان عمودبر محور نمونه باشد .

مانت کردن :
به چند علت عمل مانت کردن انجام می شود :

1. زمانی که نمونه کوچک باشد ودردست قرار نگیرد مانند سیم ومفتول.
2. قسمت خاصی از نمونه را بخواهیم بررسی کنیم مثل لبه ها.
3. جنس نمونه ترد یا متخلخل باشد.
4. استفاده از دستگاههای مخصوص که مستلزم آن باشد که قطعه در ابعاد به خصوص باشد .

مانت کردن یعنی نصب کردن قطعه در داخل مواد پلاستیکی و یا شیشه ای ویا پلیمری که به دو روش گرم وسرد صورت می گیرد.

1. مانت گرم :

دراین روش ابتدا نمونه را از طرفی که مورد بررسی قرار می گیرد در کف محفظه قالب قرار داده و پودر مخصوص مانت کردن را روی آن می ریزند سپس این پودر تحت فشار ودما ذوب شده و دور نمونه را می گیر دودرمرحله بعد آنرا با آب و یا وسیله خنک کننده دیگر سرد کرده وبه این ترتیب نمونه مانت شده بدست می آید . در این روش دمای لازم برای ذوب پودر مابین c 120 تا c 180 وهمزمان فشاری درحدود psi 4000 به قالب اعمال می شود وبه این صورت نمونه با مانت گرم بدست می آید .
برای مانت کردن معمولاً از پلاستیکهای مصنوعی به عنوان مواد قالب گیری استفاده می شود . قالبها در مقابل محرکهای اچ که به طور معمول مصرف میشوند بسیار مقاوم هستند . معروفترین رزین گرما سخت برای قالبگیری با کلیت است که در رنگهای متنوع موجود می باشد . که شناسایی نمونه های قالبگیری شده را آسانتر می سازد .
اما معمولترین رزین ترموپلاستیک لوسایت است . لوسایت بعداز آنکه به خوبی قالبگیری شد کاملاً شفاف می شود . که این شفافیت برای مشاهده قسمتی که دقیقاً پولیش می شود یا هنگامی که رویت کامل نمونه در قالب به هر دلیلی مورد نظر است مفید است . برخلاف پلاستیکهای گرماسخت ، رزین های ترموپلاستیک در درجه حرارت قالبگیری خودرا نمی گیرند ( سخت نمی شوند ) بلکه در هنگام سرد شدن خودرا می گیرند .

1. مانت سرد :

مانت سرد برای فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایینی بود . ویا انعطاف پذیری زیادی دارند استفاده می شوند . چراکه اعمال فشار یا درجه حرارتی که در عملیات مانت گرم بکار می رود ساختمان سطح مقطع فلز را تغییر داده و مطالعه متالوگرافی آنرا مشکل می سازد در مانت سرد از یک پودر بعلاوه محلول و کاتالیزور بخصوصی استفاده کرده وبا مخلوط کردن این مواد ماده اولیه مانت سرد بدست می آید. دراین روش نیز نمونه را ازظرفی که مورد بررسی قرار می گیرد در کف محفظه قالب قرار داده و مخلوط فوق را برروی آن ریخته وصبر می کنیم تا خودش رابگیرد این روش بیشتربرای فلزات غیر آهنی مثل سرب ، قلع وغیره مورد استفاده قرار می گیرد .
آماده کردن سطح نمونه :
آماده کردن سطح نمونه شامل مراحل زیر می باشد :
1- سنگ زدن :
پس از اینکه نمونه بریده شد مورد سنگ زنی قرار می گیرد تا گوشه های تیز و خطوط عمیق حاصل شده از اره محو شده و بدین ترتیب از خراب شدن سنباده و صفحه پولیش جلوگیری شود . دستگاه سنباده زنی معمولاً دارای دو سطح خشن ونرم است که ابتدا نمونه را روی سطح خشن گرفته وبعداز صاف شدن نسبی آنرا روی دیسک نرمتر می گیریم تا سطح نمونه صافتر گردد . در جریان سنگ زنی باید نمونه مرتباً در آب سرد فروبرد تا از تغییر احتمالی ساختمان میکروسکوپی آن جلوگیری شود در کلیه عملیات سنگ زنی و پولیش نمونه باید عمود بر خراشهای موجود حرکت داده شود این کار در هنگام جایگزینی خراشهای عمیق بوسیله خراشهای کم عمق که مشخصه ساینده های ریزتر است شناخته مرحله سنگ زنی را امکان پذیر می سازد .
سنباده زنی :
بعداز آنکه نمونه سنگ زده شد وخطوط عمیق و ناهمواریهای اولیه آن برطرف گردید کارسنباده زنی را شروع می کنیم . عملیات سنباده زنی در چندین مرحله وبه ترتیب برروی سنباده های 120 و180 و240 و 320و 500 و 800 و 1200 انجام می گردد ( در اصل سنباده زنی را از سنباده خشن به نرم انجام می دهیم ) جهت سنباده زدن از یک دیسک به دیسک دیگر تغییر کرده وهربار نمونه به اندازه 90 درجه چرخانده می شود تا خطوطی که از سنباده قبلی حاصل شده است در مرحله بعد کاملاً محوگردد . وهربار خطوطی عمود بر خطوط قبلی ایجاد شود در ضمن هرچه سنباده نرم تر باشد عمل سنباده زنی ملایمتر وبا اعمال فشار کمتر وصرف وقت بیشتر صورت می پذیرد .درپایان هر مرحله سنباده زدن وپیش از شروع مرحله بعدی برروی سنباده نرمتر لازم است .
نمونه به دقت شسته شود تا ذرات درشتتر سنباده مرحله قبل ، صفحه سنباده بعدی را آلوده نکند . حال اگر سنباده زنی برروی سنباده هایی صورت گیرد که آب ازروی آنها جریان دارد دیگر لزومی به تمیزکردن نمونه دربین مراحل نخواهدبود که :

1. باعث سرد شدن فصل مشترک سنباده ونمونه می گردد .
2. کاررا راحتتر و یکنواخت تر می کند .
3. ذرات نامناسب را از محیط دور می گرداند .
4. طول عمر سنباده را افزایش می دهد .

در خاتمه عملیات سنباده زنی بایدنمونه را شسته و خشک کرد وفوراً به مرحله بعدی که پولیش کردن است منتقل نمود .
پولیش و صیقل دادن نمونه ها :
پولیش کردن برای از بین بردن تمام خطوط باقی مانده برروی نمونه صورت می گیرد وبر دونوع است : مکانیکی و الکترولیتی .
1- پولیش مکانیکی :
پولیش مکانیکی برروی یک دیسک چرخان که با ماهوت یا نمد پوشانده شده وبه آن یک ماده ساینده خیلی نرم ( مثل اکسیدآلومینیم یا اکسید منیزیم ) پاشیده می شود صورت می گیرد ماهوت یا نمدی که در اینجا بکار می رود باید ضخیم بوده و عاری از ذرات سخت مخصوصاً گرد وخاک باشد تا موجب ایجاد شیار بر روی نمونه نگردد . در تمام مدت صیقل کاری لازم است به تناوب نمد با گرد آلومین معلق در آب آغشته گردد . دانه بندی ذرات اکسید آلومینیم بصورت ( شماره 1 ) ، ( شماره 2 ) ، ( شماره 3 ) می باشد که معمولاً فلزات سختی مثل فولادها و چدن ها را با پودر آلومین شماره 1 و فلزات با سختی متوسط مثل برنجها و برنزها را با پودر آلومین شماره 2 و فلزات نرمی مثل آلومینیم و سرب را با پودر آلومین شماره 3 پولیش می کنند .
پس از پولیش برروی دیسک نمدی قطعه را به دیسک دیگری که با مخمل پوشانده شده و از خمیر الماس به عنوان ماده ساینده و الکل به عنوان روان ساز استفاده می کنند منتقل کرده و به این ترتیب سطح نهایی قطعه بسیار براق و عاری از هرگونه خراش خواهد شد .
در طی عملیات پولیش نمونه را باید حول دیسک پولیش حرکت داد تا یک سطح پولیش یکنواخت بدست آید که بهتر است پولیش نمونه را از مرکز به سمت گوشه های صفحه پولیش انجام دهیم وهمچنین نمونه را به صورت هشتی ویا ثابت بگیریم .
2- پولیش یا صیقل کاری الکترولیتی ( الکتروپولیش ) :
این نوع پولیش کاری برای قطعات کوچک مورد استفاده قرار می گیرد پولیش الکترولیتی عبارت است از انحلال سطح فلز دریک محلول الکترولیت . که دراین روش نمونه به جای آند قرار گرفته و صفحه ای از فولاد ضدزنگ کاتد است الکترولیت نقش حلال را داشته وبا توجه به جنس نمونه ، نوع الکترولیت ، پتانسیل لازم ودرجه حرارت حمام تغییر می کند .
دراینجا جریان مستقیمی از 2 الی 6 آمپر بر سانتی متر مربع از الکترولیت عبور می کند در نتیجه این عمل پستی و بلندی های سطح قطعه حل شده ویک سطح آینه ای برروی نمونه حاصل می شود برای این کار محلولهای اسید در آب با حلالهایی که حل شده محصولات آند را آسان می کنند مخلوط شده و معمولاً به عنوان الکترولیتی به کار می روند .
پولیش کردن الکترولیتی زمان لازم برای آماده کردن نمونه را کم کرده و تغییر شکل لایه های سطحی را که در اثر سنباده زدن بوجود آمده است بطور کلی حذف می کند که این تغییر شکلها ممکن است مشخصات واقعی ساختمان فلز را تغیر دهند . ( مطابق شکل ) .

اچ کردن :
هدف از اچ کردن قابل رویت ساختن خیلی از ویژگیهای ساختاری فلز یا آلیاژاست وعبارت است از خورندگی سطح فلز بوسیله یک ماده خورنده که معمولاً نوعی اسید است . بعضی از فلزات بدون اچ کردن تا حدودی ساختمان خودرا نشان می دهند . ( مانند چدنهای خاکستری ویا گرافیت کروی که بدون اچ کردن گرافیتها یشان مشخص می شود . )
هنگام اچ کردن مرزدانه ها ومناطق پرانرژی سطح خورده شده ودانه بندی قطعه کار مشخص می شود همچنین دانه ها وفازهای مختلف ماده در مقابل مواد خورنده با شدتهای متفاوتی خورده شده واین خود موجب تشخیص آنها از یکدیگر می گردد .
بصورت کلی علل تشخیص دانه ها و فازهای مختلف برروی سطح اچ شده ونمونه را می توان بصورت زیر طبقه بندی نمود :
1) اگر یک فلز خالص را که دارای دانه های همگنی می باشد را اچ کنیم مرزدانه ها بصورت خطوط مشبک تیره رنگی آشکار می شود دربعضی مواقع دانه ها بطور متفاوتی اچ می شوند زیرا دانه های مختلف سطح قطعه را در صفحات کریستالوگرافی متفاوت با فعالیتهای شیمیایی مختلف قطع می کنند . در نتیجه بعضی دانه ها تقریباً با محلول اچ تماس کمتری حاصل کرده وروشنتر باقی می مانند . در صورتی که بقیه دانه ها با شدت بیشتری خورده شده وتیره می گردند وهمین اختلاف در شدت خورده شدن دانه ها ی مختلف باعث تشخیص آنها از یکدیگر می گردد .
2) در مورد فلزاتی که متشکل از فازهای مختلفی می باشند مسئله قدری فرق دارد دراین جا اجزاء مختلف تشکیل دهنده یک فلز غیر همگن با شدتهای مختلفی اچ می شود که این بواسطه یکسان نبودن حلالیت فازهای مختلف تشکیل دهنده یک فلز در محلول اچ می باشد .
3) در هر نمونه یک سری عیوب ، نابجایی ومرزدانه وجوددارد که اینها مواضع پرانرژی می باشند ودر صورت تماس این مناطق با محلول اچ یا هر خورنده دیگری مواضع فوق بشدت خورده شده وزودتر از مناطق دیگر واکنش نشان می دهند ودر نتیجه اگر نمونه ای را اچ کرده ودرزیر میکروسکوپ بررسی کنیم مشاهده خواهیم کرد که در مواضع تجمع انرژی مانند مرزدانه ، محل برخورد نابجاییها با سطح نمونه و غیره فلز باشدت بیشتری خورده شده واین مناطق درزیر میکروسکوپ بصورت مواضع تیره تر به چشم می خورند .
عملیات اچ کردن به دو روش شیمیایی والکترولیتی صورت می گیرد .

اچ شیمیایی :
هدف از انجام اچ شیمیایی ظاهر کردن فازهای مختلف تشکیل دهنده نمونه می باشد وگاهی اوقات برای نشان دادن ناهمگنی های ساختمانی ، تصویر فازهای تشکیل دهنده ، نتایجی سطحی وغیره به کار می رود.
بجز در برخی موارد معین عمل اچ کردن اغلب به روش غوطه وری صورت می گیرد . نمونه باید از طرف سطح پولیش شده به داخل محلول اچ غوطه ور شده ودر طی مدت اچ کردن به آرامی درداخل محلول حرکت داده شود که این محلول اچ برای مواد مختلف ترکیب مشخصی دارد. ( جزء اول هر محلول اچ اسید وجزء دوم آن آب یا الکل ودیگر موارد شیمیایی ( بسته به نیاز ) است ) وبرای کاربردهای مختلف مثل دیدن مرزدانه ، پرلیت و به محلول اچ و جنس نمونه متفاوت است روش مناسبی برای تعیین بهترین زمان اچ کردن آن است که طی عمل مرتباً نمونه را بررسی کرد . وهروقت ساختمان دانه بندی فلز آشکار شد ( و سطح نمونه براقیت اولیه خودرا از دست داد ) فوراً عملیات اچ کردن را متوقف نموده همچنین با مشاهده کردن سطح نمونه درزیر میکروسکوپ می توان تشخیص داد که آیا زمان اچ کافی بوده است یا خیر . در صورتیکه جزئیات مورد لزوم برروی سطح قطعه آشکار نشده باشد باید عملیات اچ کردن بعدی بر روی آن صورت گیرد .
قبل از قراردادن نمونه درزیر میکروسکوپ باید مطمئن شویم که نمونه کاملاً خشک بوده و هیچ گونه ، رطوبت الکل یا استونی برروی آن باقی نمانده است باید توجه داشت که سطح اچ شده نمونه را نباید با پارچه یا حوله های آزمایشگاهی پاک کرد بهترین راه برای خشک کردن نمونه ها استفاده از دستگاههای خشک کن مخصوص است .
در صورت بروز هر گونه اشکال و خرابی سطح نمونه لازم است که سطح نمونه را مجددا ً پولیش واچ نمائیم .
اچ الکترولیتی :
این روش اچ کردن معمولاً پس از پولیش الکترولیتی صورت می گیرد اما گاهی اوقات می توان پس از پولیش مکانیکی نرم نیز از آن استفاده نمود دراینجا نمونه راداخل الکترولیت مناسب غوطه ور ساخته وولتاژ مثبتی به آن اعمال می کنیم( نمونه در جای آند قرار می گیرد) ولی کاتد از یک فلز اختیاری انتخاب میشود . ولتاژ و جریان مصرفی برای اچ کردن الکترولیتی معمولاً کمتر از ولتاژ و جریان لازم برای الکترو پولیش میباشد.
در پایان مبحث فوق به چند محلول اچ وترکیب وموارد مصرف آن اشاره می شود :

1. اسید نیتریک ( نایتال ) : ترکیب آن از 5ml -1 اسید نیتریک سفید و 1000ml الکل اتیلیک یا متیلیک ( 95% یا خالص ) تشکیل شده است . که مدت اچ کردن آن چند ثانیه تا 1 دقیقه می باشد وموارد مصرف آن در فولادهای کربنی برای اهداف زیر می باشد .

الف) برای تیره کردن پرلیت وایجاد کنتراست ماییس تجمع های پرلیت
ب) برای ظاهر کردن مرزهای فریت
ج) برای تشخیص فریت از مارتنزیت
2) اسید پیکریک ( پیکرال ) : ترکیب آن از 4g اسید پیریک و100ml الکل اتیلیک یا متیلیک تشکیل شده است .مدت اچ آن چند ثانیه تا 1 دقیقه یا بیشتر است وموارد مصرف آن برای کلیه رده های فولادهای کربنی : باز پخت شده ، نرمآلیزه شده ، کوئنچ وبرگشت داده شده ، کروی شده و آستمپر شده می باشد .
3) کلرید فریک واسیدهیدرولیک : ترکیب آن از 5kr کلرید فریک اسید هیدروکلریک و 100ml آب تشکیل شده است وموارد مصرف آن برای نشان دادن ساختار نیکل آستنیتی وفولادهای ضد زنگ می باشد .


میکروسکوپهای متالوژیکی :
میکروسکوپ متالوژیکی در روش نوردهی به نمونه میکروسکوپ نوع بیولوژیکی متفاوت است . از آنجایی که یک نمونه متالوگرافی نسبت به نورکوراست باید به وسیله نور بازتابی روشن شود وبه این صورت که پرتو نوری که بطور افقی از منبع می آید توسط صفحه شیشه ای بازتاب کننده به سمت پایین بازتاب می یابد سپس از عدسی های شیئی بزرگنمایی یافته به طرف بالا می رود این نور از داخل صفحه بازتاب کننده عبورکرده توسط سیستم عدسی های بالاتر چشمی مجدداً بزرگنمایی می یابد . معمولاً قدرت بزرگنمایی عدسی های شیئی و چشمی در محل نصب آنها درج می شود هنگامی که از ترکیب بخصوص از عدسی های شیئی و چشمی استفاده می شود بزرگنمایی کل برابر است باحاصلضرب بزرگنمایی های شیئی و چشمی .
حداکثر بزرگنمایی میکروسکوپهای نوری تقریباً × 2000 است . مهمترین عاملی که تفکیک جزئیات ریز را در نمونه متالوگرافی محدود می سازد طول موج نورمرئی است که با استفاده از پرتوهایی با طول موج کوتاه ، از قبیل اشعه فرا بنفش ، می توان بزرگنمایی را تا اندازه ای بیشتر کرد .
بزرگترین پیشرفت در قدرت تفکیک توسط میکروسکوپ الکترونی حاصل شده است تحت شرایط معینی ، الکترونهای سریع همانند نور با طول موج بسیار کوتاه رفتار می کنند . باریکه الکترونی که طول موج آن تقریباً 000/100 برابر کوچکتر از نور مرئی است ، قدرت تفکیک را بطور شگفت آوری افزایش می دهد این میکروسکوپها دارای بزرگنمایی اولیه حدود × 14000 تا 32000 هستند که می توانند با عدسی های الحاقی بزرگنمایی آنها را 200000 گسترش داد .
برای مطالعه فلزات و آلیاژها از میکروسکوپهای نوری و الکترونی استفاده می شود که میکروسکوپهای نوری قادر به مشاهده آن جزئیاتی ازساختمان ماده هستند که اندازه اشان بزرگتر از 15 % تا 2% میکرون باشد . ولی بااستفاده از میکروسکوپهای الکترونی می توان ذرات خیلی کوچکتر از آنچه در میکروسکوپهای نوری دیده می شود در1 مشاهده کرد . اصولاً اجزائی از ماده که ابعادشان از 30 تا 50 آنگستروم می باشد را می توان بدین ترتیب تشخیص داد .

آزمایش اول :
عنوان آزمایش :بررسی میکروساختارفولاد
هدف آزمایش : مشاهده مرزدانه ها وفازهای مختلف و آخالها در ساختار فولاد .
تئوری :
فولادها گروهی از آلیاژهای آهن – کربن و عناصر دیگر ند که بیشترین کاربرد را درصنعت و فن آوری دارند . یکی از دلایل کاربرد وسیع فولادها عبارت است از خواص کاملاً متنوعی که می توان به روشهای مختلف عملیات حرارتی در آنها بوجود آورد .
فولادها حاوی کمتر از 2% کربن هستند ودرقسمت چپ نمودار آهن – کربن قرار می گیرند وهیچگونه گرافیتی در آنها تشکیل نمی شود وبه جای آن سمنتیت در آنها تشکیل می شود وبا توجه به سرعت سردشدن و مقدار کربن در آنها فازهای مختلف بوجود می آیند از جمله فازهای مارتزیت ، بینیت ، پرلیت وغیره که هر کدام سختی واستحکام ودیگر خواص مخصوص به خود دارند .
روش کار :
کاررا با بریدن نمونه ای از جنس فولاد ساختمانی توسط اره شروع کردیم وسپس مراحل سنباده زنی و پولیش را مطابق مطالب گفته شده انجام دادیم وپس از اینکه سطح نمونه آینه ای شد نمونه را شسته وخشک کردیم وآنرا زیر میکروسکوپ قرار دادیم و میکروسکوپ را روشن کردیم. نحوه روشن کردن میکروسکوپ به این صورت است که ابتدا کلید روشن آن را زده و سپس نور آن را زیاد می کنیم . ومیکروسکوپ را طوری تنظیم می کنیم تا نمونه به وضوح دیده شود ( میکروسکوپ از نوع invert) می باشد . دراین مرحله روی سطح فقط خشها ، آخالها ، ولکه هایی باقی ماند . از مرحله خشک کردن قابل مشاهده بودند .
دراین مرحله نمونه رابااستفاده از محلول مناسبی اچ کردیم که محلول اچانتی که استفاده کردیم پیکرال بود که آنرا از مخلوط کردن 13gr اسید پیکریک ( 2% ) و 1000ml اتانول ( 95% ) بدست آوردیم در حین مخلوط کردن ابتدا اسید وسپس اتانول را اضافه کردیم چون در غیر اینصورت احتمال پاشش وجوددارد . ونمونه رابه این صورت اچ کردیم که آنرا برای چند ثانیه درون محلول اچ غوطه ور کردیم وسپس آنرا با آب می شوئیم وسپس با الکل شستشو می دهیم وبه کمک سشوار آن را از یک طرف خشک کردیم تا برروی نمونه لک ایجاد نشود ودوباره نمونه را زیر میکروسکوپ بردیم که در اینجا بعضی از نمونه ها نیازبه اچ کردن بیشتر داشت تا بتوان مرزدانه ها ومیکروساختار را بطور دقیقتر مشاهده کرد و بعضی نمونه ها هم بیش از حد اچ شده بودند که درزیر میکروسکوپ تیره دیده می شدند و می بایست کاررا دوباره از سنباده 1200 و پولیش ادامه داد وبعضی از نمونه ها نیز توسط این محلول اچ نشدند در ضمن معیار زمان مناسب اچ کردن که رشدی سطحی برد .
برای دیدن ساختار نمونه ها درزیر میکروسکوپ کاررا از بزرگنمایی کم شروع کردیم و مرحله به مرحله بزرگنمایی را بیشتر کردیم بزرگنمایی 50 چندان اطلاعاتی بدست نمی داد فقط سطح را بصورت قسمتهای تیره در زمینه روشن نشان می داد با بزرگنمایی 500 توانستیم مرزدانه وفازهای درون ساختار را مطالعه کنیم همچنین آخالها وناخالصی ها وخش ها نیز قابل مشاهده بودند همچنین درزیر میکروسکوپ ساختار اثر انگشتی پرلیت نیز بصورت تیره قابل دید بود .
دراین آزمایش نمونه هایی که از جنس و و فولاد ساختمانی و BOZ بودند نیز درزیر میکروسکوپ دیده می شدند ولی نمونه VCN اچ نشده ودرزیر میکروسکوپ هیچ چیزی مشخص نشد .
نتیجه گیری : بعداز آماده سازی نمونه ها ودیدن آنها درزیر میکروسکوپ توانستیم فازهای مختلف درروی آنها ومیزان فازهای مختلف ونحوه توزیع فازها همچنین مرزدانه ها را در میکروساختار آنها بررسی کنیم . همچنین با توجه به فاز زمینه توانستیم سرعت سردکردن فولاد وعملیات حرارتی که برای اهداف خاصی ( مثل سخت کردن ) برروی آنها انجام شده بود را متوجه شویم وهمچنین ناخالصی ها درروی ساختار و خشهای باقی ماند . از مرحله آماده سازی ( برروی بعضی نمونه ها ) قابل دید بود که وجود این خشها ناشی از بی دقتی در مرحله آماده سازی نمونه بود.

آزمایش دوم :
عنوان : بررسی ساختمان میکروسکوپی چدنها
هدف : دیدن ساختمان میکروسکوپی چدنها با استفاده از میکروسکوپ و تشخیص نوع چدن و شکل گرافیت درآنها .
تئوری : چدنها خانواده ای از آلیاژهای آهنی با خواص کاملاً متنوعی بوده که اکثراً به روش ریخته گری شکل داده می شوند برخلاف فولادها که حاوی کمتر از 2% ( معمولاً کمتر از 1% ) کربن هستند . چدنها معمولاً دارای 2تا 4% کربن و1 تا 3 % سیسییم وحداکثر 2% منگنز و2% فسفر و 4% گوگرد می باشند .
چدنها را با توجه به ساختمان میکروسکوپی آنها تقسیم بندی می کنند دراین تقسیم بندی که بر اساس نوع فلز غنی از کربن یعنی سمنتیت ویا گرافیت وشکل آن می باشد . پنج گروه اصلی چدن وجوددارد که عبارتند از : چدن سفید ، چدن خاکستری ، چدن نشکن یا چدن با گرافیت کروی که به چدن ( اکتیل یا چدن S6 نیز مرسوم است . چدن مالیبل یا چدن چکشخوار وچدن با گرافیت فشرده ، بجز پنج گروه اصلی حالات بینابینی نیز در طبقه بندی چدنها وجوددارند که عبارتند از : چدن خالدار وچدن سردشده ، بعلاوه چدنهای پرآلیاژ گروه دیگری از چدنهای پرمصرف با خواص بسیار عالی را تشکیل می دهند .
چدنهای خاکستری با توجه به شکل گرافیت در آنها به پنج دسته چدنهای خاکستری با گرافیت لایه ای نوع E,D,C,B,A تقسیم می شوند . ( مطابق شکل زیر )

روش کار : دراین آزمایش نمونه هایی نامشخص را پس از بریدن با اره به دلیل اندازه کوچکشان مانت کردیم . مانتی که ما استفاده کردیم مانت سرد بود که به روش دستی تهیه کرده بودیم واز چسب سنگ وهاردنر برای تهیه آن استفاده کردیم وبه این صورت نمونه را مانت کردیم که آن را از سطحی که صافتر بود داخل قالب قرار دادیم و محلول مانت را روی آن ریختیم وپس از سخت شدن نمونه را با ضربه از قالب در آوردیم وتمامی مراحلی که برای فولاد انجام دادیم را برای این نمونه ها نیز انجام دادیم که شامل سنگ زنی و سنباده زنی وپولیش بود ولی نمونه ها را اچ نکردیم و نمونه ها اکثراً از جنس چدن بودکه بدون اچ هم دیدن آنها در زیر میکروسکوپ امکان پذیر بود .
دراین آزمایش بعداز آماده کردن کامل نمونه آنها را در زیر میکروسکوپ دیدیم وساختار مختلف انواع نمونه ها را توسط میکروسکوپ توانستیم ببینیم که نمونه ما از جنس آلومینیم بود وچیزی دیده نشد و بعضی نمونه ها از جنس دم باریک بود که در زیر میکروسکوپ گرافیتها وساختار آنها مشخص بود .
همچنین نمونه هایی چدنی که از پیش آمده شده بود را درزیر میکروسکوپ دیدیم که دراین نمونه ها نیز شکلهای مختلف گرافیت را دیدیم ومتوجه جنس چدنها شدیم نتایج نمونه های مختلف به صورت زیر در آمد :

نتیجه گیری :
دراین آزمایش با دیدن نمونه های چدنی مختلف توانستیم نوع گرافیت آنها را تشخیص داده وبا توجه به زمینه آنها ونوع گرافیت آنها توانستیم سرعت سردشدن وهمچنین عملیات حرارتی که برای تهیه چدن خاصی انجام شده بود را نتیجه بگیریم وهمچنین با توجه به نوع چدن وگرافیت آنها توانستیم به نوع عناصر آلیاژی که برای اهداف نامی مثل کروی شدن به چدن اضافه کردیم پی ببریم.




آزمایش سوم :
عنوان : بررسی ساختار میکروسکوپی مس
هدف : هدف دیدن دانه بندی منظم مس ودیدن دوقلویی ها وهمچنین دیدن ساختار شمش ریختگی مس وجدایش قلع درآلیاژمس – قلع بود .
تئوری :
وقتی ماده ای در پائین تر از حد الاستیک خودتحت تنش قرار می گیرد. یک تغییر شکل یا تغییر نسبی طول موقتی در آن بوجود می آید . با از بین رفتن تنش ، جسم بطور تدریجی به شکل اصلی وابعاد اولیه خود برمی گردد اما وقتی ماده ای بیشتر از حد الاستیک خودتحت تنش قرار گیرد تغییر شکل دائمی یا پلاستیکی در آن رخ می دهد که فقط با اعمال نیرو نمی توان آن را به شکل اولیه برگرداند توانایی یک فلز برای تحمل تغییر شکل پلاستیکی شاید برجسته ترین خصوصیات آن در مقام مقایسه با مواد دیگر باشد کلیه عملیات شکل دادن فلزات از قبیل پرس کاری ، نورد و ... مستلزم تغییر شکل پلاستیکی هستند همچنین کلیه عملیات ماشین کاری از قبیل فرزکاری وسنبه کاری و ... یک مقدار تغییر شکل پلاستیکی در فلز بوجود می آورند .
ممکن است بیشترین اطلاعات را در مورد مکانیزم تغییر شکل پلاستیکی با مطالعه رفتار یک تک بلور تحت تنش بدست آورد وسپس معلومات کسب شده را در مورد مواد چند بلوری به کاربرد .
تغییر شکل پلاستیکی ممکن است بوسیله لغزش دوقلویی ویا ترکیبی از دو روش فوق اتفاق بیفتد که دو روش نابجایی محسوب می شوند .


تغییر شکل بوسیله لغزش :
اگریک تک بلور فلزی بیشتر از حد الاستیک خودتحت تنش کششی قرار گیرد طول آن اندکی افزایش یافته وپله ای در سطح آن ظاهر می شود وبراین دلالت می کند که یک قسمت از بلور نسبت به بقیه جابجا شده است وافزایش طول متوقف می شود اگر نیرو را افزایش دهیم موجب جابجایی یک صفحه موازی دیگر وتشکیل پله ای دیگر خواهد شد و قسمتهای نازکی از بلور همانند صفحات کتابی روی هم لغزش خواهند کرد هر افزایش طول متوالی مستلزم افزایش تنش و تشکیل پله ای دیگر است که در واقع این پله ها محل تلاقی صفحه های لغزشی با سطح بلور هستند و اگر افزایش نیرو را ادامه بدهیم در نهایت بلور خواهد شکست .
تحقیقات نشان داده است که لغزشی در صفحات اتمی بخصوصی از بلور ودرطول جهت های معینی اتفاق می افتد که این جهت دراصل جهتی است که در آن اتمها خیلی متراکم باشند زیرا دراین صورت حداقل انرژی مورد نیاز است .
نویل مات لغزش را به حرکت یک قالی سنگین روی کف اتاق تشبیه کرده است اگر شما سعی کنید که تمام قالی را یکجا روی کف اتاق حرکت دهید مقاومت در مقابل حرکت قالی خیلی زیاد خواهدبود ولی اگر قسمتی از قالی را بکشید تا چروکی ایجاد شود سپس با حرکت دادن این چروک در طول قالی می توان آنرا مقداری جابجا کنید .
تغییر شکل بوسیله دوقلویی :
دربعضی مواد مخصوصاً در فلزات C.P.H تغییر شکل اکثراً بوسیله عمل دوقلویی انجام می گیرد این عمل ممکن است به همراه تغییر شکل وسیع ماده باشد یا اینکه صفحات فعال لغزش را به وضعیتی مناسب برای لغزش در بیاورد.
دوقلویی حرکت صفحاتی از اتمهای شبکه است که به موازات صفحه مخصوص ( دوقلویی ) انجام می گیرد . بطوری که شیئی بلوری با این عمل به دوقسمت متقارن وبا جهت های متفاوت تقسیم می شود مقدار حرکت هر صفحه اتمی در منطقه دوقلویی به فاصله آن از صفحه دو قلویی بستگی دارد بطوری که در طول صفحه دو قلویی یک تصویر آینه ای تشکیل می شود .
عموماً دوقلویی مستلزم تغییر مکان تعداد زیادی از اتمهاست وبدین جهت در زیر میکروسکوپ بصورت یک خط پهن یا یک نوار دیده می شود . و ضرورتی ندارد صفحات دوقلویی و جهتهای آن دقیقاً همان صفحات و جهت های لغزشی باشند ، در فلزات f.c.c صفحه دو قلویی صفحه ( 111) .جهت آن را [ 112] است ودر فلزات bcc , و صفحه [ 111 ] جهت دوقلویی است .
دونوع دوقلویی داریم :

1. تغییر شکل یا دوقلویی مکانیکی که معمولاً در فلزات cph ( منیزیم ، روی و غیره ) و فلزات b.c.c ( تنگستن وآهن و غیره ) متداول است ودراثر اعمال تنش بوجود می آید .
2. دوقلویی بازپخت یا دوقلویی تابکاری که در فلزات f.c.c ( آلومینیم ، مس ، برنج و غیره ) متداول است این فلزات وقتی تحت یک عمل مکانیکی ( کار سرد یا گرم ) قرار می گیرند نظم دانه ها کاملاً به هم می خورد ودر مرحله حرارت دادن مجدد یا بازپخت دانه ها مجدداً رشد می کنند و ممکن است بعلت تغییر جهت رشد دوقلویی بوجود آید .

ساختار ریختگی شمشی : این ساختار شامل سه منطقه است :

1. منطقه ریزدانه محوری با جهت گیری کاملاً اتفاقی ( منطقه تبریدی )
2. منطقه ستونی
3. منطقه محوری ( دانه ها بدون جهت گیری خاصی می باشند )

روش آزمایش :
دراین آزمایش آماده سازی یک نمونه مسی برای دیدن در زیر میکروسکوپ را انجام دادیم که آماده سازی آن همانند مراحل آماده سازی نمونه فولادی بود به این صورت که بعد از بریدن نمونه با اره کارهای سنگ زنی ، سنباده زنی و پولیش را مطابق مطالب گفته شده انجام دادیم با این تفاوت که برای مس وقت کمتری برای این کارها صرف کردیم به خاطر اینکه فلز مسی نسبت به فولاد نرمتر است بعد از این مراحل یک محلول اچ برای کردن نمونه تهیه کردیم که در مرحله تهیه این محلول از دست کشی استفاده کردیم چون محلول اچ سمی بود که شامل 10ml اسید استیک ، 10ml اسید نیتریک و 2ml اسید فسفریک بود ونمونه ها را داخل محلول اچ فرو بردیم وبعد از اینکه نمونه ها اچ شدند آنها را درزیر میکروسکوپ ، دیدیم که درزیر میکروسکوپ دانه بندی منظم مسی وهمچنین دوقلویی را دیدیم که این دوقلویی ها به مرزهای مشخص ختم می شدند که این خودراهی برای تشخیص آنها از خش بود .
دراین آزمایش همچنین ساختار شمش ریختگی مس که از قبل آماده و اچ شده بود را دیدیم که شامل منظقه ریز دانه محوری در لبه ها نمونه ومنطقه ستونی درادامه آنها ودر وسط نمونه منطقه محوری یا دانه های محوری را داشتیم که این ساختار بدون میکروسکوپ هم قابل دیدن بود .
همچنین دراین آزمایش یک نمونه آلیاژی مس – قلع که از قبل آماده واچ شده بود رادیدیم که در آن نواحی سیاه رنگی که ناشی از جدایش قلع در مس بودرا ملاحظه کردیم .
نتیجه گیری:
دراین آزمایش اولاً به دانه بندی منظم مس پی بردیم وهمچنین توانستیم دوقلویی های درون ساختار را ببینیم واز آن تغییر شکلی که نمونه یافته بود پی بردیم ودراین آزمایش با دیدن ساختار شمش ریختگی مس به نحوه سردشدن وانجاد شمش مس ریختگی پی بردیم که در منطقه تبریدی به خاطر سرعت سردشدن بیشتر دانه های ریز ودرمنطقه ستونی دندریتهای درشت با جهت گیری خاصی ودرمنطقه مرکزی دانه های محوری بودن جهت گیری خاص را داشتیم چون دراینجا انتقال حرارت درتمامی جهات بود همچنین دراین آزمایش به حلالیت جزئی قلع درمس پی بردیم وتوانستیم جدایش این عنصر را در آلیاژ مس بصورت خطوط تیره ببینیم .