Tecnologia di analisi della frattura al microscopio metallografico
1. Metodo di osservazione al microscopio metallografico
Il principio di base di un microscopio metallografico utilizzato nella scienza dei materiali è quello di osservare lo stato superficiale di un oggetto riflettendo la luce dalla superficie del campione. A causa delle differenze nella microstruttura, nella struttura cristallina, nella composizione chimica e nella ruvidità della superficie del materiale, la riflessione della luce varia, determinando la formazione di un rivestimento come mostrato nelle Figure 3-5.
La risoluzione finale di un microscopio ottico è limitata dalla lunghezza d'onda della luce visibile e generalmente può essere determinata dal criterio di Payleigh, che è d=0.61 λ/(N • A)
Nella formula: d è la risoluzione;
λ è la lunghezza d'onda della luce visibile
N. A è l'apertura numerica.
Se in un microscopio metallografico viene utilizzato un filtro verde, il valore k può essere approssimativamente uguale a {{0}},5 μ m, e per aperture numeriche consentite maggiori con un N · A di 1,4, è impossibile per distinguere strutture fini inferiori a 0,2 μ m. A causa degli svantaggi intrinseci del basso ingrandimento e della profondità focale ridotta, i campioni dei microscopi ottici ad asta divisa sono limitati a superfici di frattura piatte, mentre le superfici di frattura resistenti con grandi ondulazioni non possono essere osservate e analizzate utilizzando microscopi ottici.
Nell'analisi del cedimento delle fratture, la microscopia metallografica viene utilizzata principalmente per osservare la microstruttura dei materiali e la morfologia delle cricche, che appartengono all'ambito dell'analisi metallografica e non verranno approfondite in questa sede. Quando si osservano le fessure, non è solo necessario osservare e analizzare le caratteristiche morfologiche, l'orientamento, le proprietà e l'inizio e la fine della fessura stessa, ma anche osservare e analizzare la situazione attorno alla fessura e al corpo normale, i cambiamenti nella microdurezza su entrambi i lati della fessura, distribuzione delle inclusioni e caratteristiche morfologiche degli ossidi o dei prodotti della corrosione all'interno della fessura.
Recentemente sono stati fatti nuovi progressi nell'applicazione della microscopia ottica per osservare i rami, con l'emergere di nuovi tipi di microscopi ottici con lenti pan confocali; Inoltre, la tecnologia di replicazione del carbonio plastico può essere utilizzata per osservare la morfologia della frattura al microscopio ottico.
2. Principali strumenti ottici applicati
Gli strumenti utilizzati nella tecnologia di analisi delle fratture al microscopio metallografico includono principalmente strumenti ottici come il microscopio metallografico e lo stereomicroscopio con doppie lenti.
A causa della ridotta profondità di fuoco del microscopio metallografico, è necessario che la superficie di frattura studiata sia piuttosto piatta, anche molto vicina ad un piano. Ciò significa che di solito non è possibile esaminare le superfici di frattura ruvide e irregolari utilizzando un microscopio ottico.
Quando si osserva la superficie della frattura al microscopio metallografico, l'ingrandimento comunemente utilizzato è compreso tra 100 e 500. Quando si applica l'analisi metallografica per studiare le caratteristiche morfologiche delle superfici della frattura, è necessario installare un dispositivo di bloccaggio del campione di frattura sul tavolino del microscopio per garantire un'arbitrarietà regolazione del vincolo di inclinazione della superficie di osservazione della frattura, in modo che la parte osservata della frattura sia perpendicolare all'asse di oscuramento microscopico.
La morfologia ondulata della superficie di frattura rende difficile la messa a fuoco completa dell'immagine al microscopio metallografico, il che significa che al microscopio metallografico è possibile ottenere solo immagini chiare di aree più piccole. Per superare questo inconveniente, è possibile selezionare un'area molto piccola del campo visivo sotto un microscopio ottico x400 per scattare foto polari, quindi le parti focalizzate in queste stesse foto del campo visivo possono essere tagliate senza dover incollare queste foto in un'unica immagine in base alle posizioni relative di ciascuna sezione. Questo metodo è piuttosto complicato, ma dal punto di vista dell’espansione dell’uso dei microscopi ottici è ancora fattibile. Soprattutto per le unità che attualmente non dispongono di microscopia elettronica, ha un significato più pratico.
Un altro tipo di microscopio ottico è lo stereomicroscopio binoculare, che in genere utilizza un ingrandimento da XL a X 100 e ha un forte senso di visione stereo. Può essere abbinato ad attrezzatura fotografica.
Recentemente Mclachin ha sviluppato un microscopio ottico con una maggiore profondità di campo, che può essere utilizzato per analizzare e studiare la morfologia delle fratture microscopiche.
