LUCRAREA NR

ndrumar de laborator tiina i Ingineria Materialelor

Universitatea Petrol Gaze din Ploieti

LUCRAREA NR. 1MICROSCOPUL METALOGRAFIC OPTIC

1. PRINCIPIUL LUCRRIIMicroscopul metalografic optic este instrumentul (aparatul folosit pentru a putea evidenia i studia detaliile structurii materialelor metalice (metalelor i aliajelor) care nu se pot distinge prin analiz macroscopic (cu ochiul liber sau cu lupa).

Deoarece materialele metalice sunt opace, opunndu-se trecerii luminii chiar i cnd sunt pregtite sub form de folii foarte subiri, microscopul metalografic optic studiaz preparatele microscopice n lumin reflectat (spre deosebire de microscopul biologic care cerceteaz preparatele microscopice prin transparen).

Pentru examinarea unei probe metalografice, se dirijeaz spre suprafaa pregtit a acesteia un fascicul de lumin generat de o surs, razele reflectate de microrelieful creat pe aceast suprafa n timpul pregtirii (lefuire, lustruire, atac cu reactivi) sunt procesate de lentilele sistemului optic al microscopului i se formeaz imaginea microscopic a structurii probei care poate fi perceput de ochiul observatorului.

Microscopul metalografic este alctuit din trei sisteme principale: A. Sistemul optic; B. Sistemul de iluminare; C. Sistemul mecanic.

A. Sistemul optic al microscopului asigur creterea puterii separatoare a ochiului observatorului (mrirea distanei dintre dou puncte ale suprafeei examinate ce se vd distinct) i are ca pri principale dou ansambluri distincte de lentile, unul amplasat n vecintatea obiectului probei metalografice ce se examineaz, denumit obiectiv, iar cellalt dispus n vecintatea ochiului observatorului, denumit ocular.

Obiectivele i ocularele (fig. 1) se realizeaz din ansambluri de mai multe lentile (au doar cte o singur lentil) pentru a se asigura compensarea pariala sau total a observaiilor geometrice i cromatice care se pot produce la formarea imaginilor structurii probelor examinate i care pot determina generarea de imagini necorespunztoare (deformate, neclare cu marginile irizate n diverse culori etc.).

a. b.

Fig. 1

a. ocular mrime 12,5x b. obiectiv mrire 8:1

Modul n care se produce multiplicarea dimensiunilor elementelor constitutive ale structurii probelor la formarea imaginii la microscopul metalografic este sugerat de schema din figura 2 n care obiectivul i ocularul sunt reprezentate simplificat, cu dou lentile subiri convergente. Suprafaa pregtit a probei metalografice care se examineaz, avnd elementele structurale cu dimensiunea liniar caracteristic y0, este aezat la o distan mic n faa focarului obiect, F1 al obiectivului i se formeaz imaginea real, mrit i rsturnat a structurii, n care elementele constitutive au dimensiunea liniar y1. Ansamblurile de lentile ale sistemului optic sunt poziionate reciproc astfel nct imaginea dat de obiectiv s se formeze ntre focarul obiect F2 i centrul optic C2 ale ocularului i s fie preluat de acesta cu un obiect (real) cruia i corespunde imaginea virtual i mrit, cu elementele constitutive avnd dimensiunea y2, ce este perceput de ochiul observatorului O0. n figur, pe lng razele v i v utilizate la construirea imaginilor, este prezentat (haurat) i fasciculul de lumin care provine de la un punct marginal al elementului structural y0 i care ptrunde prin pupil n ochiul observatorului; unghiul (2, de nclinare a acestui fascicul fat de axa optic a ocularului este unghiul sub care este perceput imaginea microscopic (cu dimensiunea y2) structural i are msura mult mai mare dect unghiul (1 sub care se vede elementul structural (cu dimensiunea y0) privit liber (fr microscop).

Fig. 2 Schema de formare a imaginii ntr-un microscop metalografic

Capacitatea lentilelor, ansamblurilor de lentile sau instrumentelor optice de a multiplica dimensiunile elementelor structurale ale obiectelor examinate se poate exprima folosind urmtoarele caracteristici:

mrirea liniar, M, definit ca raportul dintre dimensiunea imaginii formate i dimensiunea obiectului examinat; puterea optic, P, definit ca raportul dintre tangenta trigonometric a unghiului sub care ochiul observatorului percepe imaginea format i dimensiunea obiectului examinat; dac dimensiunea obiectului examinat este exprimat n metri, puterea optic rezult n dioptrii; grosismentul, G, definit ca raportul dintre tangentele trigonometrice ale unghiurilor sub care ochiul observatorului vede imaginea format, respectiv obiectul examinat.

Pornind de la aceste definiii i innd seama de notaiile din figura 2 rezult pentru microscopul metalografic:

(1)

(2)

(3)n care caracteristicile M,P,G cu indicele m la simbol corespund microscopului, cele cu indicele ob - obiectivului, iar cele cu indicele oc - ocularului.

B. Sistemul de iluminare al microscopului furnizeaz lumina necesar i realizeaz direcionarea i concentrarea acesteia pentru examinarea probelor metalografice. Prile componente principale ale acestui sistem sunt:

sursa de lumin, care poate s fie o lamp cu incandescen de tensiune joas, o lamp cu arc electric, o lamp cu vapori de mercur etc. iluminatorul, care este un ansamblu de lentile menit s transforme fasciculul de lumin divergent furnizat de surs, ntr-un fascicul de raze paralele, apt pentru iluminarea corespunztoare a probei supuse examinrii; diafragmele (de apertur, de cmp, etc.), care permit dimensiunea corespunztoare a fasciculului de lumin transmis spre proba examinat i reinerea razelor marginale, pentru obinerea unei imagini microscopice clare, luminoase i cu un bun contrast; filtrele de lumin (galbene sau verzi), care ajut la realizarea unor imagini microscopice fr aberaii cromatice; elementele optice de direcionare, care asigur orientarea corect a luminii incidente n raport cu suprafaa pregtit a probei ce se examineaz.

Sistemul poate asigura dou moduri de iluminare a probelor metalografice: a) iluminarea n cmp luminos; b) iluminarea n cmp ntunecat.

a) La iluminarea n cmp luminos (fig. 3.a), se folosete ca element optic de direcionare o lam de sticl cu fee plan-paralele, semitransparent, aezat la 45o fa de direcia fasciculului de lumin furnizat de iluminator, care reflect lumina, prin obiectiv spre suprafaa pregtit a probei examinate. Zonele netede ale acestei suprafee, realizeaz o reflexie dirijat a razelor fasciculului incident, spre obiectiv i ocular, astfel c aceste zone vor da fondul (cmpul) luminos al imaginii microscopice; denivelrile i neregularitile suprafeei examinate vor aprea ntunecate pe imaginea microscopic deoarece realizeaz o reflexie difuz a fasciculului incident, razele reflectate nefiind preluate de sistemul optic al microscopului.

b) La iluminarea n cmp ntunecat (fig. 3.b), se folosesc ca elemente optice de direcionare o oglind plan, aezat la 45o fa de direcia fasciculului de lumin inelar care iese din iluminator i o oglind torosferic convex pe obiectiv, care reflect lumina spre suprafaa pregtit a probei examinate. Unghiul de inciden al razelor de lumin pe zonele netede ale acestei suprafee este mare, razele reflectate nu sunt captate de sistemul optic al microscopului i aceste zone vor corespunde fondului (cmpului) ntunecat al imaginii microscopice; denivelrile i neregularitile suprafeei examinate reflect lumina spre obiectiv i ocular i vor aprea ca zone luminoase pe imaginea microscopic.

a) b)

Fig. 3 Iluminarea probelor metalograficea) iluminarea n cmp luminos; b) iluminarea n cmp ntunecat

C. Sistemul mecanic al microscopului cuprinde piesele, mecanismele i dispozitivele de susinere i de poziionare corect a probelor metalografice i a componentelor celorlalte sisteme ale microscopului. Prile principale ale sistemului mecanic sunt: stativul cu talpa sau corpul microscopului, soclurile sau tuburile de susinere i poziionare a lentilelor, oglinzilor, prismelor i diafragmelor, msua pentru aezarea probei metalografice, mecanismele de poziionare controlat a cmpului examinat pe suprafaa pregtit a probei metalografice (de obicei, sunt mecanisme cu urub i piulie care realizeaz deplasarea msuei microscopului n planul su, dup dou direcii ortogonale), i mecanismele de reglare grosier i fin a imaginii.Aspectele anterior prezentate privind construcia i funcionarea microscoapelor metalografice se pot evidenia i analiza concret, considernd dou din tipurile de astfel de aparate optice existente n laboratorul de Studiul i Ingineria Materialelor: microscopul Reichert-MeF, prezentat n figura 4.a i microscopul IOR-MC6, redat n figura 4.b.

Microscopul metalografic se poate utiliza att pentru examinarea calitativ a probelor metalografice (evidenierea naturii, formei i modului de distribuire a elementelor constitutive ale structurii probelor), ct i pentru determinri cantitative (msurarea dimensiunilor unor elemente structurale ale probelor metalografice.

Fig. 4 Microscoape metalografice

a) Reichert MeFb) IORMC6

Pentru msurarea dimensiunilor unor elemente structurale se urmeaz etapele: se echipeaz microscopul cu un obiectiv avnd mrirea convenabil determinrilor care urmeaz a se efectua i cu un ocular de msurare (ocular Huygens, avnd montat n focarul obiect o lamel transparent din sticl pe care este gravat o scal liniar cu 100 de diviziuni);

se aeaz pe msua microscopului, n locul probei metalografice, un obiect micrometric (de etalonare), care este o plcua ocular metalic (lustruit oglind) n centrul creia s-a gravat o scal liniar cu lungimea de 1mm i un numr Nob de diviziuni echidistante (de obicei, Nob 100 i lungimea unei diviziuni pe aceast scal este lob 0,01 mm);

se efectueaz reglrile necesare obinerii unei imagini microscopice n care cele dou scale gradate se vd clar, sunt paralele i au originea comun (fig. 5.a);

se alege un numr de diviziuni nob pe scala obiectului micrometric, se observ la ce numr de diviziuni, noc corespund pe scala ocularului de msurare i se determin constanta de etalonare a microscopului, loc (lungimea pe obiectul examinat, corespunztoare unei diviziuni pe scala ocularului de msurare):

(4)

se nlocuiete obiectul micrometric cu proba metalografic ce trebuie examinat i se fac reglrile necesare obinerii imaginii microscopice n care apar mpreun scala gradat a ocularului de msurare i elementele structurale ale probei; poziionnd convenabil scala gradat a ocularului de msurare (fig. 5.b), se determin (la fel ca la msurarea unei lungimi cu rigla gradat) numrul de diviziuni, moc corespunztor elementului structural care trebuie msurat i rezult dimensiunea real a acestuia, des:

[mm] (5)

a. b.

Fig.5

Principiul msurrii cu ajutorul microscopului

a) etapa de etalonare; b) etapa de msurare

2. CONINUTUL I SCOPUL LUCRRII

Lucrarea va cuprinde cunoaterea construciei i funcionrii microscoapelor metalografice existente n laborator, determinarea mririi liniare, puterii optice i grosismentului unui microscop n funcie de caracteristicile ocularului i obiectivului cu care este echipat, examinarea unor probe metalografice n cmp luminos i n cmp ntunecat, etalonarea microscopului i msurarea dimensiunilor elementelor structurale ale unei probe metalografice.

Scopul lucrrii este dobndirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i deprinderilor practice necesare pentru utilizarea corect a microscoapelor optice la examinarea structurii materialelor metalice.

3. MODUL DE LUCRU I APARATURA NECESAR

n cadrul lucrrii se parcurg urmtoarele etape de lucru:

se studiaz atent microscoapele metalografice existente n laborator, n scopul identificrii i localizrii componentelor celor 3 sisteme: sistemul optic, sistemul de iluminare i sistemul mecanic; se efectueaz principalele operaii necesare la folosirea microscoapelor metalografice: montarea ocularului i obiectivului, reglarea sistemului de iluminare, aezarea i fixarea probei metalografice pe msua microscopului, reglarea grosier i fin a imaginii microscopice, modificarea cmpului examinat pe suprafaa pregtit a probei metalografice;

se examineaz structura unei probe metalografice folosind iluminarea n cmp luminos; se folosesc trei cupluri obiectiv-ocular pentru fiecare dintre acestea, determinndu-se mrirea liniar schindu-se imaginea microscopic;

se examineaz structura unei probe metalografice folosind iluminarea n cmp ntunecat; se consemneaz puterea liniar a microscopului (corespunztoare cuplului obiectiv-ocular utilizat) i se efectueaz schia imaginii microscopice; se efectueaz etalonarea microscopului i se msoar dimensiunile unor elemente structurale ale unei probe metalografice; se folosesc succesiv trei obiective (mpreun cu ocularul de msurare din trusa microscopului), pentru fiecare din acestea stabilindu-se mrirea liniar a microscopului metalografic Mm, constanta de etalonare, loc i dimensiunea elementelor structurale msurate, des.

Exemplificarea modului de desfurare al operaiilor (etapele) necesare la folosirea microscoapelor metalografice sunt exemplificate succint n figura 6. Montarea ocularuluiMontarea obiectivului

Aezarea probeiReglarea poziiei msuei cu proba

Reglarea grosier i fin a imaginii microscopice

Fig. 5 Etape de lucru la folosirea microscopului

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIETI

DISCIPLINA: STUDIUL I INGINERIA MATERIALELOR

DATA ...............................

FIA LUCRRII NR. 1

Tema: Microscopul metalografic.Microscop: marca.......................................proveniena...............anul fabricaiei

data ultimei verificri metrologice ....................

Caracteristici constructive i funcionale ale microscoapelor

Elementele sistemului optic

................................................................................................................................................................................

Elementele sistemului de iluminare

................................................................................................................................................................................

Elementele sistemului mecanic

................................................................................................................................................................................

Schia unor imagini urmrite la microscop.

Tipul probeiurmrite:....................................... Mrire.........Tipul probeiurmrite:...................................... Mrire......

Etape parcurse la msurarea dimensiunilor unor elemente structurale ale probelor metalografice:Nr.

crt.Succesiunea etapelor

1.

2.

3.

4.

5.

Msurarea dimensiunilor unor elemente structurale.Nr. crt.MocMobMm = Moc ( MobNob

[mm]

1.

2.

3.

4.

nocnob

[mm]moc

[mm]

ntocmit:

Verificat:

Nume ................

Prenume ............

Grupa ..................

Semntura ............

109

_1145438939.unknown

_1193043283.unknown

_1193043312.unknown

_1193301969.dwg

_1193043298.unknown

_1145439060.unknown

_1145388595.unknown

_1145388646.unknown

_1145388458.unknown

_1099500532.bin