Техника - молодёжи 1946-04, страница 28

В. НИКОЛАЕВ

Макрофотография — это союз микроскопа и фотоаппарата. Союз могучий; каждая часть его уже сама по себе мощное средство исследования.

Микроскоп открыл нам огромный незримый мир мельчайшего. Ученые самых разнообразных специальностей — ботаники, биологи, физики, минералоги, врачи—пользуются микроскопом. Применение его породило даже новые науки: микробиологию, петрографию (науку о строении минералов) и т. п. Фотография помогает запечатлевать видимое. С ее помощью можно исследовать и» то, что- недоступно зрению. Астрономы, соединяя фотоаппарат с телескопом и спектрометром, открывают и изучают столь отдаленные звезды, что свет их, даже сконденсированный телескопом, все же остается не доступным глазу наблюдателя. Физики широко используют способность фотопластинки реагировать на незримые инфракрасные,, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи.

Попытки соединить микроскоп с фотокамерой стали делаться сразу же после изобретения фотографии. Уже в 1837 году Дж. Рид получил увеличенный снимок блохи. Выдержка длилась целых 5 минут! Так низка была тогда светочувствительность фотопл а стинок.

Металлурги применили микрофотографию позже ботаников и биологов. Да и сам микроскоп для исследования структуры металлов был впервые использован только через двести с лишним лет после своего изобретения — в 1841 году — русским инженером Аносовым.

Микроскопическому изучению стали и вообще всех металлов н их сплавов препятствовала их непрозрачность. Металлические объекты нельзя подобно тонким срезам растений и животных тканей рассматривать в проходящем свете, освещая их снизу. Металлы надо было осветить сверху, наблюдать их в отраженном свете. Добиться хорошего освещения непрозрачных объектов было трудно, так как объектив микроскопа располагается почти вплотную к объекту. Аносов пользовался обыкновенным микроскопом, освещая металлический образец сбоку. При этом свет, отразившись от образца, рикошетом почти целиком проходил мимо объектива. Только небольшая доля рассеянного образцом света попадала в объектив. Изображение получалось тусклым, неясным. Однако уже эти первые несовершенные наблюдения установили поразительный факт, что металл состоит из мельчайших зерен и что, следовательно, представление о нем, как об однородном веществе, неправильно.

Позднее была создана конструкция специального микроскопа для исследования металлов. Вопрос об освещении был решен изумительно остроумно. В тубусе микроскопа было продел iho окошко, за которым внутри тубуса поместили призму. Лучи от источника света попадают на нее, отражаются вниз н, пройдя сквозь объектив, освещают металлический объектив. Отразившись от него (чтобы отражение было полнее, поверхность объектива специально шлифуют), свет целиком попа

дает в объектив. Для того чтобы выявилась структура металла, резче обозначились зашлифованные при обработке границы между зернами, металл после шлифовки должен быть еще протравлен специальными, реактивами. Реактивы сильнее всего разъедают границы между зернамч. Свет, попавший на разъеденные границы, не попадает в объектив, а будет рассеян по сторонам, — границы будут видны темными. Травление действует не только на границы зерна, но и на сами зерна. Зерна же не вполне однородны даже в чистом металле, не говоря уже о сплавах, где они имеют разный химический состав. Поэтому отдельные зерна будут разъедены и окрашены реактивами по-разному. Структура шлифа будет видна еще яснее.

Металлографический микроскоп был затем соединен с фотоаппаратом. Микрофотография пробила дорогу и в металлургию.

Возникла новая важная наука—металлография, наука о микроструктуре металлов и их сплавов. Отцом ее является гениальный русский металлург Дмитрий Константинович Чернов (1839— 1921).

Чернов доказал то-, о чем догадывался еще Ломоносов: что любой металл — кристаллическое вещество. Видимые в микроскоп зерна — это и есть кристаллики металла. Правда, привыкнув представлять кристаллы как правильные многогранники, трудно поверить, что зерна, имеющие неправильную, причудливую форму, тоже кристаллы. Однако и зерна — кристаллы, только им приходится расти в тесноте, наталкиваясь при росте друг на друга, поэтому металлические кристаллы вырастают мелкими и уродливыми. Если металлическому кристаллу дать возможность свободно расти, он может стать очень большим. Самому Чернову посчастливилось найти в раковине, внутри отливки, большой кристалл железа.*

Сеет от осветителя сквозь окошко в тубусе металлографического микроскопа падает на призму, отбрасывается вниа и, пройдя через объектив, падает на шлиф. Шлиф ярко освещен. На фотографии отчетливо запечатлевается его структура.

От осветителя

Зеркальная поверхность ^ шписра

Рисунки С. ЛОДЫГИНА

Отличаясь от обычных кристаллов формой, во всем- остальном зерна ведут себя, как кристаллы-атомы, из которых они состоят, образуя правильную кристаллическую решетку. В этом просто убедиться. Если сильно прижать стальной шарик к цинковому листу, так, чтобы отпечаток получился на одном кристалле (зерне) цинка, и затем посмотреть на отпечаток через микроскоп, обнаружится поразительный результат. Отпечатком' шарика будет не круг, а шестиугольник! Форма отпечатка соответствует не форме вдавливаемого тела, а строению кристаллической решетки зерна. Получается это потому, что кристаллы при любых деформациях, которым их подвергают, деформируются, не меняя формы своей решетки. Чернов заложил основание научного истолкования термической обработки сталей. Он открыл существование для стали особой критической температуры, выше которой надо нагреть сталь, чтобы она могла принять закалку.

Металлография открыла глубочайшую связь между структурой металлов и их свойствами.

Правильная термическая обработка стали и получение таких сортов ее, которые отвечали бы специальным требованиям техники, стали возможны только после подробного изучения микроструктуры. Металлография показала недостаточность только одного химического анализа сплавов, так как термическая обработка (закалка, отпуск, отжиг и т. п.), а также и механическая обработка, не меняя химического состава металлов, изменяют их структуру. Сейчас не найдется ни одного машиг ностроительного или металлургического завода без металлографической лаборатории.

В эту лабораторию поступают для исследования после каждой плавки или термической (а иногда и после механической) обработки партии деталей металлургические пробы и контрольные образцы. Из них приготавливают шлифы Кусок металла с одной] стороны опиливают и затем шлифуют наждачной бумагой, переходя все к более и более тонким сортам бумаги. Потом идет полировка на вращающемся круге, пропитанном водой с мелкими частицами окиси алюминия. Шлиф после полировки блестит, как зеркало. Затем шлиф протравливают. Сплавы железа травятся раствором азотной кислоты в спирте, сплавы алюминия — в водном растворе фтористо-водородной кислоты.

И, наконец, шлиф попадает под объектив металлографического микроскопа и фотографируется. Снимки, напоминающие замысловатую мозаику, начинают расшифровывать. Металлографу этот сложный узор красноречиво рассказывает о металле. По величине и форме зерен и по их расположению металлограф судит о качестве сплава и о правильности термической или механической обработки. Неуловимые для непосвященного изменения структуры укажут ему на это.

Данные анализа, сделанного- химической лабораторией, и испытаний на твердость, разрыв и т. п., дополненные заключением металлографов, идут к производственникам, помогая им добиваться высокого качества продукции.

26