Zgład metalograficzny – pobrana skośnie lub podłużnie i odpowiednio przygotowana próbka wykorzystywana do badań mikroskopowych lub makroskopowych.
Badania makroskopowe dostarczają informacji o cechach materiału. Natomiast o jego właściwościach w znaczącym stopniu decyduje jego mikrostruktura, na podstawie której możliwe jest oszacowanie właściwości mechanicznych badanego przedmiotu. W przypadku badań mikroskopowych, próbki wymagają odpowiedniego przygotowania. Znaczącym jest fakt, że przygotowanie zgładów metalograficznych związane jest z wycięciem próbki, przez co badania należą do metod badań niszczących. W przypadku, gdy zniszczenie materiału jest niepożądane wykonuje się replikę i obserwuje się ją pod mikroskopem. W celu wykonania repliki miejsce, którego mikrostrukturę chcemy zbadać szlifuje się i poleruje ręcznie. Następnie z tak przygotowanej powierzchni zdejmuje się replikę, której obserwacja pod mikroskopem pozwala na ocenę mikrostruktury.
Przygotowanie próbek ma wpływ na wyniki otrzymane w badaniach metalograficznych. Błędy popełnione na etapie przygotowania zgładów mogą w istotny sposób wpływać na prawidłowość otrzymanych wyników. Cykl przygotowania próbek zależny jest od materiału przeznaczonego do badań oraz badań które będą na danym elemencie wykonywane.[1] Należy to wykonywać ostrożnie, ponieważ nacisk (zwłaszcza w przypadku metali o małej twardości) bo może to odkształcić próbkę. Ten problem nie istnieje w przypadku polerowania elektrolitycznego. Jednak dobranie odpowiednich parametrów (napięcie, gęstość prądu, itd.) wymaga wielu prób, dlatego ta metoda jest najbardziej opłacalna przy badaniu wielu próbek o podobnym składzie chemicznym i strukturze.
W cyklu przygotowań wyróżnia się:
- wycinanie,
- inkludowanie (wykonywane zależnie od właściwości próbki),
- szlifowanie,
- polerowanie,
- trawienie (wykonywane zależnie od celu badań).
Sposób pobierania próbek
Sposób pobierania próbek zależny jest od rodzaju materiału, który będzie podlegał badaniu. Wyróżnia się:
- półwyrób hutniczy,
- przedmiot obrobiony cieplnie.
W przypadku odlewu należy pobrać próbki z miejsc o różnym przekroju, ponieważ mikrostruktura w odlewie może się zmieniać w zależności od szybkości stygnięcia. Przy badaniu półproduktów korzysta się z norm precyzujących sposoby pobierania próbek do badań właściwości mechanicznych. Próbki te mogą być wykorzystane do wykonania zgładu. Wykonując zgłady z przedmiotów obrobionych plastycznie należy uprzednio zbadać makrostrukturę, co pozwoli na wybór miejsc charakterystycznych, jakimi mogą być fragmenty w różnym stopniu odkształcone lub takie, w których materiał nie podlegał deformacji. W przypadku badań mikrostruktury przedmiotów obrobionych cieplnie należy obserwować zarówno powierzchnię, jak i rdzeń.
Pełny oraz dokładny obraz mikrostruktury materiału dużego przedmiotu uzyskujemy poprzez wykonanie kilku zgładów, pobranych z różnych miejsc. W przypadku analizowania przyczyn zniszczenia części maszyny należy wykonać zgłady metalograficzne z miejsca w pobliżu zniszczenia oraz z obszaru oddalonego od miejsca zniszczenia w celu porównania ewentualnych różnic występujących w budowie materiału.[2]
Opis etapów przygotowywania zgładu
Pobranie próbki
Próbki do badań mikroskopowych pobiera się z miejsc, w których zaobserwowano pęknięcia, podejrzewa się wady materiału lub w których doszło do zniszczeń elementów konstrukcyjnych maszyn. Nie można dopuścić do lokalnego przegrzania próbki, bo mogłoby to zmienić miejscową mikrostrukturę materiału (i w konsekwencji zafałszować wyniki badań). Z przedmiotów bardzo dużych można uzyskać próbki wstępne do badań za pomocą palnika gazowego lub łuku elektrycznego. W celu uniknięcia wpływu ciepła wydzielającego się przy cięciu palnikiem lub łukiem elektrycznym próbki należy wyciąć w odległości co najmniej 50 mm od miejsca, w którym chcemy wykonać zgład metalograficzny. Następnie wycina się je za pomocą pił ręcznych oraz specjalnych przecinarek do wycinania próbek. W zależności od kierunku wycinania próbki wyróżniamy zgłady: podłużne, poprzeczne i ukośne. Przy wybieraniu miejsca i techniki pobierania należy uwzględnić m.in. budowę i warunki eksploatacji maszyny oraz technologię wytworzenia elementu. Optymalna powierzchnia próbki to 1-3 cm2.
Inkludowanie
Polega na zatopieniu próbki w żywicy. Inkludowaniu poddaje się próbki: o nieregularnych kształtach, małe (o powierzchni poniżej 1 cm2), z materiałów poddanych wcześniej powierzchniowej obróbce cieplnej lub pokrytych powłokami ochronnymi. W przypadku próbek tworzyw termoutwardzalnych, w celu uniknięcia ich przegrzania, stosuje się żywice chemoutwardzalne.
Szlifowanie i polerowanie
Próbkę szlifuje się najpierw na tarczach szlifierskich lub papierze ściernym, nie dopuszczając do przegrzania zatopionej próbki. Przy zmianie gradacji ziarna z większej na mniejszą należy zmienić kierunek szlifowania o 90°. Następnie, w celu uzyskania zwierciadlanej powierzchni, próbkę poleruje się mechanicznie lub elektrolitycznie. Polerowanie mechaniczne wykonuje się za pomocą obrotowych tarcz obciągniętych filcem zwilżonym zawiesiną diamentów, tlenków glinu lub żelaza.
Trawienie
Stosowane w celu ujawnienia mikrostruktury stopów. Może być wykonywane chemicznie lub elektrolitycznie. W tym procesie wykorzystuje się różnice w tempie roztwarzania się poszczególnych faz lub ich barwienie w wyniku utleniania. Parametry, takie jak skład chemiczny odczynnika, czas trawienia czy temperaturę dobiera się w zależności od celu badania.
Jeśli celem badania jest ustalenie rodzaju, ułożenia, liczby tzw. wtrąceń niemetalicznych w stali albo wydzieleń grafitu w żeliwie lub zastosowano polerowanie elektrolityczne z obniżeniem napięcia pod koniec procesu, ten etap jest pomijany.