Макроструктура металла

В соответствии с определениями:
Макроскопический анализ (макроанализ) заключается в изучении строения сплавов невооруженным глазом или с помощью небольших увеличений (до 30 раз) с помощью лупы. Строение металлов и сплавов, определяемое этим методом, называется макроструктурой.
Макроскопический анализ позволяет установить: строение образца или изделия «в целом» – например наличие крупных пор или трещин, усадочных раковин; неоднородность образца, созданную сваркой, литьем, пластической деформацией; характер излома.
Микроскопический анализ (микроанализ) заключается в исследовании структуры материалов при больших увеличениях (в 50–50000 раз) с помощью металлографических и электронных микроскопов. Строение металлов и сплавов, определяемое этим методом, называется микроструктурой.

Иногда эти понятия путают. Бывает, что за макроструктуру принимают, например, крупнокристаллическую структуру, сформированную литьем. На рисунке 1 показана такая структура, полученная направленной кристаллизацией. Но это не макроструктура. Это просто крупные зерна, т.е. фактически это микроструктура. Размер таких зерен 1000 мкм и более. Микроструктура того же образца, зафиксированная через металлографический микроскоп, показана на рисунке 2. Размер зерен тот, же и у структуры на рисунке 1. Т.е., в данном случае нельзя говорить о макроструктуре. На рисунках 1 и 2 есть только микроструктура, зафиксированная разными способами.

Рисунок 1. Структура литой меди; фото сделано цифровым ф/а, х3,6

а б

Рисунок 2. Микроструктура литой меди; а – край отливки, б – центр отливки; х50.

Иной случай показан на рисунках 3 и 4. На рис.3 показан прессованный полуфабрикат из титана. На фотографии хорошо видны различные зоны, характер кромки. отдельные гранулы (обведено красным), из которых и было спрессовано изделие, а также поры между гранулами. Все вместе это и составляет макроструктуру. Строение самих гранул при этом не выявляется. Если сделать шлиф, то без травления можно увидеть структуру пор отдельной гранулы. Это уже микроструктура.

Рисунок 3. Макроструктура образца титана.

Рисунок 4. Микроструктура образца губчатого титана; фотография сделана на оптическом микроскопе.

Ниже приведен один из самых наглядных примеров соотношения макро- и микроструктуры. На рис.5 показан макрошлиф. Микроструктура здесь не видна. Видны различно травящиеся участки, которые соответствуют участкам разного состава и разной структуры.

Рисунок 5. Шлиф сварного шва после травления на макроструктуру; фото через сканер.

На рисунке 6а показан стык трех зон металла (белый кружок на рис.5) , сформированный сваркой. Эти 3 зоны тоже представляют собой макроструктуру сварного шва. Микроструктура внутри этих зон вытравилась, но при этом увеличении (2х) неразличима. На рисунке 6,б показан фрагмент (он выделен рамкой) рисунка 6,а при увеличении 20х. Уже различимы детали самого сварного шва и зон около него. Микроструктура в зона 3 показана на рисунке 6в при увеличении 500х. Микроструктура в зоне шва (внутри окружности) показана на рисунке 6 г.

а б
в г

Рисунок 6. Соотношение макро- (а,б) и микроструктуры (в,г) в зоне сварного шва.

Рисунок 7. Микроструктура в зоне 1.

Итак, структура на рисунках 5 и 6 (а,б) – макро, на рисунках 5 в,г – микро. На рисунке 7 показана микроструктура в зоне 1.

Микроанализ используют не только для того, чтобы увидеть структуру материала. Изображение микроструктуры позволяет провести количественный анализ. На рис.8а показана структура феррито-перлитной стали. На рис.8б показана «маска» той же структуры; на ней зерна перлита выделены различным цветом в зависимости от их размера. В компьютерной программе размер зерна можно определить и построить распределение зерен по размерам (рис.9 ). Подробнее об этом написано в статье «Количественная металлография».

Макроструктура металла

Смотреть что такое «Макроструктура металла» в других словарях:

  • Макроструктура — металла (от Макро… и лат. stuctura строение), строение металла, видимое невооружённым глазом или с помощью лупы, то есть при увеличениях до 25 раз. М. изучают на плоских образцах Темплетах, вырезанных из изделия или заготовки, а также… … Большая советская энциклопедия

  • МАКРОСТРУКТУРА — (от макро… и структура) материала строение материала (металла, сплава, керамики, бетона), видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении (обычно на отшлифованных и протравленных образцах) … Большой Энциклопедический словарь

  • Макроструктура материала — – строение металла, сплава видимое невооружённым глазом или с помощью лупы на предварительно отшлифованной и протравленной растворами кислоты или щёлочи поверхности образца. [Новый политехнический словарь, Москва, Научное издательство,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • макроструктура — (см. мокро…) структура твердого тела (напр., минерала, металла и т. д.), видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении с помощью лупы (противоп. микроструктура). Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009. макроструктура [см … Словарь иностранных слов русского языка

  • макроструктура — ы; ж. Спец. Строение твёрдых веществ, видимое невооружённым глазом или при небольших увеличениях под лупой. М. металла. М. известняка. * * * макроструктура (от макро… и структура) материала, строение материала (металла, сплава, керамики,… … Энциклопедический словарь

  • МАКРОСТРУКТУРА — (от макро… и структура) материала, строение материала (металла, сплава, керамики, бетона), видимое невооружённым глазом или при небольшом увеличении (обычно на отшлифованных и протравленных образцах) … Естествознание. Энциклопедический словарь

  • МАКРОСТРУКТУРА — (от макро… и латинское structura строение) строение твердых тел, в частности металла, видимое невооруженным глазом или при небольших увеличениях под лупой на предварительно отшлифованной и протравленной поверхности образца. Травление проводят… … Металлургический словарь

  • макроструктура — ы; ж.; спец. Строение твёрдых веществ, видимое невооружённым глазом или при небольших увеличениях под лупой. Макрострукту/ра металла. Макрострукту/ра известняка … Словарь многих выражений

  • Структура (строение металла) — Структура металла, строение металла (сплава). С. можно наблюдать невооруженным глазом или при небольших увеличениях (см. Макроструктура), чтобы установить присутствие и распределение по объёму изделия раковин, пор, неметаллических включений и т.п … Большая советская энциклопедия

  • Кованая структура — Forged structure Кованая структура. Макроструктура металла после ковки, которая показывает направление ковки. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО Профессионал , НПО Мир и семья ; Санкт Петербург, 2003 г.) … Словарь металлургических терминов

Макростроение литого металла

МАКРОструктурный АНАЛИЗ

Цель: изучить методики макроструктурного анализа и исследовать макроструктуры и макродефекты металла.

Общие сведения

Макроструктурным анализом (макроанализом) называют метод исследования строения и различных дефектов металла невооруженным глазом или лупой при небольших увеличениях (до 30…50 раз) на специально обработанных образцах-макрошлифах (темплетах), а также по изломам металла.

Вся предшествующая обработка (выплавка, разливка, горячая пластическая деформация, термическая обработка, сварка), которой подвергается металл, определяет макроструктуру и характер излома. По характеру макроструктуры или излома можно судить о качестве детали, макродефектах (структурная неоднородность, усадочные раковины, пузыри, шлаковые включения), о способе получения заготовок (литье или прокат), о неоднородности распределения вредных примесей в металле. Метод макроанализа имеет большое значение в производстве; его широко применяют для контроля качества слитков, проката, штамповок, деталей, подвергнутых термической и химико-термической обработке, для определения глубины закаленного слоя, контроля качества сварных швов, заклепочных соединений.

Макроструктура металла выявляется химическим травлением поверхности макрошлифа реактивами. Выбор реактива зависит от цели исследования и материала.

Контроль макроструктуры и изломов стали, регламентация макроструктуры и допустимых макродефектов углеродистой и легированной, конструкционных и инструментальных сталей предусмотрены в ГОСТ 10243-75 «Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры».

Влияние макроструктуры или характера излома на свойства металла так значительно, что во всех соответствующих ГОСТ (стандартах на марки, химический состав, механические свойства сталей и других сплавов) указаны методы контроля макроструктуры.

Макростроение литого металла

В производственных условиях при получении слитка расплавленная сталь отливается в земляные, песчано-глинистые и металлические формы. Металл в форме обычно затвердевает не сразу во всем объеме, а по отдельным зонам.

Кристаллизация жидкого металла начинается у холодных стенок формы (рис. 1.1). Здесь металл в первую очередь переохлаждается ниже равновесной температуры кристаллизации и образуется большое количество мелких кристаллов (мелкозернистая корка –1). Ориентация кристаллов в этой зоне разнообразна, так как на их направление существенное влияние оказывают мельчайшие неровности, имеющиеся на внутренних стенках формы.

Рис. 1.1. Строение стального слитка

1 – зона мелких кристаллов; 2 – зона столбчатых кристаллов

(дендритов); 3 – зона крупных равноосных кристаллов

Образование первой кристаллизационной зоны способствует прогреву стенок формы, что уменьшает скорость отвода тепла от внутренних слоев металла. Степень переохлаждения в этот момент существенно уменьшается, и из ограниченного числа центров кристаллизации развиваются крупные кристаллы. Известно, что наиболее благоприятные условия для роста кристаллов создаются в направлении отвода тепла. Так как в этот момент времени тепло отводится преимущественно в направлении, перпендикулярном стенкам изложницы, то образующиеся кристаллы будут вытянуты. Таким образом, в слитке образуется вторая зона – столбчатых дендритных* кристаллов 2.

Строение дендрита показано на рис. 1.2. Согласно рисунку, дендрит состоит из «ствола» (ось первого порядка), от которого идут «ветви» (оси второго и последующего порядков).

Рис. 1.2. Схема дендрита: I – ось первого порядка; II – ось второго порядка; III – ось третьего порядка

Дендритная макроструктура является характерным признаком литого состояния металла.

По мере роста столбчатых кристаллов с увеличением толщины затвердевшего слоя скорость охлаждения жидкого металла внутренней зоны становится практически одинаковой во всех направлениях, направленный рост кристаллов прекращается и растут равноосные кристаллы 3.

В зависимости от размеров слитка, различной скорости охлаждения, степени перегрева и химического состава отдельные зоны могут отсутствовать. В некоторых условиях зона столбчатых кристаллов (дендритов) может занять все сечение (включая и центр) слитка.

Таким образом, в отливке образуются три структурные зоны:
1– мелкозернистых, 2 – столбчатых и 3 – равноосных кристаллов.

При кристаллизации слитков, вследствие уменьшения объема при переходе металла из жидкого состояния в твердое, в верхней части (она затвердевает последней) образуется усадочная раковина.

Неоднородность кристаллического строения в различных зонах отливок представляет собой дендритную неоднородность, а несплошности металла (усадочные раковины, поры, газовые пузыри, шлаковые включения) – физическую неоднородность литого металла.

Кроме этого, процесс кристаллизации сопровождается возникновением химической неоднородности – ликвации.

Причинами возникновения ликвации являются: последовательный характер кристаллизации (от стенки к центру) отливки, а также разная температура кристаллизации различных компонентов сплава. При кристаллизации в наружных зонах и в осях дендритов всегда кристаллизуется наиболее чистый – тугоплавкий компонент сплава (например, железо в стали), а легкоплавкие (сера, фосфор и их соединения с железом), затвердевающие в последнюю очередь, обогащают межосные пространства дендритов (дендритная ликвация), и центральную часть слитка (зональная ликвация). Ликвация – нежелательное явление. Так, существенная зональная ликвация серы может привести к появлению «горячих» трещин, образующихся при нагреве заготовки («горячеломкость»). Так как примеси серы имеют низкую температуру плавления и располагаются по границам зерен, то при нагреве они расплавляются, что и приводит к появлению трещин.

Дендритная, физическая и химическая неоднородности существенно снижают механические свойства литого металла.

МАКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5

Структура материала – форма, размер и характер взаимного расположения его составных частей.

Макроструктура – структура материала, выявленная методом макроструктурного анализа (макроанализа). Макроанализ – способ изучения

структуры материала невооруженным глазом или при увеличении до 30 раз с помощью лупы.

Макроанализ позволяет одновременно наблюдать значительную часть исследуемой поверхности материала, но не обеспечивает выявления всех особенностей строения, поэтому часто является предварительным видом анализа, после которого выбранный участок исследуется методами микроанализа, рентгенографии, электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и др.

Основными способами изучения макроструктуры являются изучение макрошлифов и изломов.

При изучении макрошлифов решаются следующие задачи:

— выявление дефектов, нарушающих сплошность металла (трещины, раковины, газовые пузыри и т.д.);

— выявление структуры литых и деформированных металлов, сварных швов;

— выявление химической неоднородности металлов и сплавов (ликвации);

— выявление неоднородности состава и структуры, созданных термической или химико-термической обработкой.

При изучении изломов решаются следующие задачи:

— определение характера разрушения (вязкое, хрупкое);

— выявление дефектов, нарушающих сплошность металла и выходящих на поверхность излома;

— выявление структуры и причин брака металлов после термической и химико-термической обработки;

— определение типа материала.

Макрошлифы изготавливают либо непосредственно на готовой детали, либо на специально подготовленных образцах. Макрошлиф поперечного сечения детали называется «темплетом». Методика изготовления макрошлифа заключается в вырезке образца в необходимом месте и направлении, холодной механической обработке (торцевание, строгание, шлифование) и травлении реактивом для выявления макроструктуры. При исследовании макрошлифов применяются следующие способы выявления макроструктуры:

— глубокое травление;

— поверхностное травление;

— метод отпечатков.

Глубокое травление

Сущность метода глубокого травления заключается в обработке поверхности макрошлифа растворами неорганических кислот, в результате чего участки, неоднородные по составу, обладающие более развитой и активизированной поверхностью, протравливаются различно. Образуется макрорельеф с участками поверхности большей и меньшей высоты, которые при большой глубине резкости невооруженного глаза или малых увеличениях могут быть идентифицированы. Составы наиболее распространенных реактивов для глубокого травления стали представлены в таблице.

Рекомендуемые реактивы и режимы

для глубокого травления стали

При анализе макрошлифа слитка спокойной стали наблюдается структура, представленная на рис. 1

Рис. 1. Макроструктура слитка стали

1 – усадочная раковина; 2 – наружная мелкозернистая зона (корка);

3 – зона столбчатых кристаллов; 4 – зона равноосных кристаллов

Процесс кристаллизации жидкого металла в слиток начинается на границе с формой, где возникают большие переохлаждения и, соответственно, большое число центров кристаллизации, направленный теплоотвод не успевает сформироваться и образуется зона мелкозернистых равноосных кристаллов. После образования корки степень переохлаждения уменьшается, уменьшается число центров кристаллизации и в условиях направленного теплоотвода вырастают столбчатые кристаллы 3. В центре слитка отсутствует направленный теплоотвод и при ограниченном числе центров кристаллизации образуется зона равноосных кристаллов 4. В верхней части слитка, которая кристаллизуется позже всего, образуется усадочная раковина 1 за счет разности объемов жидкого (аморфная структура) и твердого (кристаллическая структура) состояний металлов. Вблизи усадочной раковины и по оси слитка также образуется усадочная пористость. При розливе кипящей стали по всему объему слитка распределяются газовые пузыри, содержащие газы, растворимые в жидком состоянии металла и нерастворимые в твердом.

Для деформированного металла характерно волокнистое строение,

представленное на рис. 2.

Рис. 2. Макроструктура деформированного металла:

а – деталь получена из проката резанием; б – деталь получена штамповкой

При обработке металлов давлением их зерна вытягиваются вдоль направления деформации (течение металла), превращаясь в волокна. Одновременно с зернами деформируются участки, содержащие неметаллические включения (сульфиды, оксиды), которые образуют полосчатую структуру, определяемую методом макроанализа. Некоторые механические свойства деформированного металла выше в направлении волокон, поэтому для ряда деталей, работающих с повышенными динамическими нагрузками (коленчатые валы, клапаны двигателей, зубчатые колеса и др.), предпочтительно расположение волокон повторяющих контур детали или ориентированных в направлении наибольших напряжений. Такое расположение волокон может быть получено правильным выбором схемы обработки давлением.

При сварке металл шва имеет литую структуру, поэтому макроанализом выявляются дефекты аналогичные ряду дефектов слитка (рыхлость шва, раковины, газовые пузыри, трещины и т.д.).

При кристаллизации металла или сплава с близкими по плотности компонентами наблюдается явление ликвации на двух уровнях: зональная ликвация в объеме всего слитка и дендритная ликвация в объеме одного зерна (дендрита). Зональная и дендритная ликвации в целом имеют одинаковую природу, которая заключается в оттеснении фронтом кристаллизации примесей в центр слитка или на периферию дендрита. На макрошлифах области, обогащенные примесями выглядят более темными. Если компоненты сплава значительно отличаются по плотности, то наблюдается ликвация по плотности: верхняя часть слитка будет обогащена компонентом с меньшей плотностью, нижняя – с большей.

При термической обработке обезуглероженные поверхностные слои

выглядят более светлыми, а науглероженные слои при цементации – более

темными.

Поверхностное травление

Поверхностное травление имеет более ограниченный характер в макроанализе и используется для общего исследования структуры и выявления дефектов непосредственно выходящих на поверхность, а также выявления характера ликвации в металлах. Для общего исследования структуры сталей широко применяется реактив состава: 10-20 г персульфата аммония на 100 мл воды, температура реактива 50-60 °С, время выдержки 5-40 мин. Данный реактив позволяет наблюдать рекристаллизационные явления, неоднородность зёрен по размерам, строение сварных швов.

Одной из наиболее вредных примесей в стали является фосфор, который, обладая большой склонностью к ликвации, располагается в срединных слоях слитка (зональная ликвация) или по границам зерен (дендритная ликвация), что уменьшает вязкость стали, повышает ее хрупкость и температурный порог хладноломкости. Ликвацию фосфора выявляют травителем состава: 85 г хлорной меди (CuCl2), 53 г хлористого аммония (NH4Cl) на 1000 мл воды, выдержка 30-60 с при комнатной температуре. Слой меди с поверхности удаляется струей воды и более тёмные участки макрошлифа являются зонами с повышенным содержанием фосфора.

Преимущество метода поверхностного травления по сравнению с глубоким травлением заключается в возможности лучшего выявления отдельных деталей структуры, а также меньшей агрессивности реактивов и простоты обращения с ними.

Метод отпечатков

Метод отпечатков применяется для определения ликвации примесей в металлах и сплавах. В сталях наряду с фосфором наиболее вредной примесью является сера. Сера также обладает большой склонностью к ликвации, нерастворима в железе и образует с ним химическое соединение – сульфид железа (FeS), который входит в состав легкоплавкой эвтектики Fe-FeS, располагающейся отдельными включениями по границам зёрен. При нагреве до температуры горячей деформации (800-1200 °С) включения эвтектики (температура плавления 988 °С) придают стали хрупкость, либо оплавляются и образуют в материале надрывы и трещины (явление красноломкости стали). Для определения ликвации серы наибольшее распространение получил метод Баумана. В данном методе засвеченную фотобумагу выдерживают в 5 % водном растворе серной кислоты в течение 25-30 мин, просушивают и плотно прикладывают к макрошлифу на 25-30 минут. Снятая с макрошлифа фотобумага промывается, фиксируется в растворе гипосульфита 20-30 мин, промывается и высушивается. Более тёмные участки фотоотпечатка макрошлифа соответствуют ликвации серы в металле.

По излому изучают макроструктуру стали с содержанием углерода более 0,3 %. Для хрупкого разрушения стали характерен кристаллический светлый излом, для вязкого – волокнистый излом пепельного оттенка. По излому могут быть определены элементы литой структуры, дефекты, нарушающие сплошность материала: поры, газовые пузыри, остатки усадочной раковины, флокены, трещины и т.д. При термической и химико-термической обработке по излому обнаруживается обезуглероженный слой белого цвета с крупнокристаллической структурой, а науглероженный слой имеет матовую мелкокристаллическую структуру. Для стали, нагретой под последующую обработку до температуры на 150…200 °С выше линий Ас3 или Асm, характерен крупнокристаллический белый излом (перегрев стали) – брак, исправимый повторным нагревом до рекомендуемой, более низкой температуры. Для стали, нагретой на 30…100 °С ниже температуры солидуса, характерен грубокристаллический излом синего цвета (пережог стали), брак неисправимый из-за значительной потери углерода, окисления, а иногда и оплавления границ зерен. По излому может быть определен вид чугуна: белый чугун имеет излом белого цвета с характерным блеском; серые, высокопрочные и ковкие чугуны имеют мелкокристаллический излом серого цвета.

Основные задачи макроанализа и методика его проведения

МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы

Ознакомление с методами металлографического анализа материалов и основными задачами, решаемыми при этом.

Общие положения и методики проведения анализа

В соответствии с общепринятыми стандартами на металлопродукцию и техническими условиями на изделия из этой продукции металлографический анализ приобрел статус приемосдаточных испытаний. При этом наиболее широкое применение получили следующие методы:

— макроскопический анализ – визуальное или при небольших увеличениях (до 30 раз) исследование поверхности специально приготовленных образцов;

— микроскопический анализ – исследование структуры при увеличениях от 50 до 1000 раз.

Основные задачи макроанализа и методика его проведения

Этот метод дает общее представление о строении металлов и позволяет оценить его качество после таких видов обработки, как литье, сварка (рис.1.1) и др. Макроскопический анализ в большинстве случаев является предварительным видом изучения структуры, позволяющим выявить, однако, те участки, которые требуют последующего исследования методами микроанализа.

С помощью макроанализа можно определить:

— нарушения сплошности металла (дефекты сварки в виде непроваров и газовых пузырей, межкристаллитные трещины, дефекты литья);

— дендритное строение металла в литых изделиях;

— химическую неоднородность литого металла и присутствие в нем грубых инородных включений;

— вид излома (вязкий, хрупкий и т.д.).

а б

Рис.1.1. Макроструктура сварных соединений стали 08Х18Н10Т:

а- видны слоистое и дендритное строение металла шва;

б- одновременно с дендритным строением хорошо видны зона термического влияния с измененной вследствие нагрева в процессе сварки структурой и дефекты сварки: асимметрия шва и несплавление кромок с металлом шва.

Макроанализ для контроля качества металла проводят на продольных или поперечных макрошлифах (темплетах и изломах). При этом число образцов, их размеры, места вырезки и другие условия отбора проб, указываются в стандартах и технических условиях (ТУ) на конкретные виды металлопродукции. В частности, макроструктуру прутков или сварных соединений обычно контролируют на поперечных макрошлифах.


Поверхность образцов подвергают торцеванию, строганию, шлифованию и травлению в химически активных средах. После механический обработки поверхность должна быть ровной и гладкой, без значительного наклепа и пережога металла. На поверхности макрошлифа не должно быть загрязнений, поэтому ее перед травлением промывают (протирают) специальными составами.

Методы макротравления подразделяют на три основные группы:

— глубокого травления, позволяющего выявить дефекты, нарушающие сплошность литой и деформированной стали;

— поверхностного травления (выявляют дендриты, волокнистую структуру деформированной стали);

— метода отпечатков (для определения наличия серы и фосфора).

Травление проводят в вытяжном шкафу в ванне, изготовленной из материала, не вступающего в реакцию с применяемыми растворами. В некоторых случаях травление осуществляют протиркой тампоном, смоченным в реактиве. Составы травителей весьма разнообразны и обычно оговариваются ТУ или берутся из справочника .

Образцы перед травлением рекомендуется подогревать до температуры раствора. Время травления внутри рекомендованного интервала определяется экспериментально.

После травления образцы промывают в проточной воде и просушивают. При этом макрошлиф приобретает рельефную поверхность с отчетливо видными осями дендритов (литая сталь или сварной шов), ликвационной неоднородностью, пористостью, трещинами и другими дефектами.

Образцы, предназначенные для хранения, рекомендуется дополнительно обрабатывать 10% спиртовым раствором аммиака.

2.2. Основные задачи микроанализа и методика егопроведения

Микроанализ проводят с целью определения микроструктуры и фазового состава сталей и сплавов, оценки количества, размеров, формы и распределения различных фаз, регистрации особенностей микроструктуры (кристаллографической ориентировки, плотности дислокаций, углов разориентировки между элементами субструктуры и т.д.).

Макро и микроскопическое исследование сплавов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с методами исследования металлических сплавов, приготовлением образцов для металлографического исследования.

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

Коллекции макро и микрошлифов, изломов. Металлографические микроскопы, лупы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Макроскопический анализ

При макроскопическом анализе строение металлического сплава исследуют невооруженным глазом или с помощью лупы. Обычно он является предварительным видом исследования.

Макростроение сплава изучают на образцах или деталях, в изломе или на предварительно подготовленной поверхности, заключающейся в шлифовании и травлении. Такой образец называют макрошлифом. Если макрошлиф изготовлен в поперечном сечении детали, то его называют темплетом. Макроанализ находит широкое применение в промышленности, так как дает возможность выявлять раковины, шлаковые включения, трещины и другие дефекты строения сплава, химическую и структурную неоднородность.

Непосредственно по виду излома можно провести макроскопический анализ и установить многие особенности строения материалов, а в ряде случаев и причины их разрушения. Излом может быть хрупким и вязким.

По форме различают излом ровный или блестящий и с выступами, или чашечный. Первый вид излома характерен для хрупкого состояния, когда разрушение в условиях растяжения или ударного изгиба произошло без видимой пластической деформации, а второй – для вязкого излома. Хрупкий излом имеет кристаллическое строение, происходит практически без предварительной пластической деформации, в нем можно различить форму и размер зерен металла. Хрупкий излом может проходить по границам зерен (межкристаллический) и по зернам металла (транскристаллический). В сталях хрупкий излом иногда называют нафталинистым, если он транскристаллический и имеет избирательный блеск.

При крупнозернистом строении сплава хрупкий межкристаллический излом называют камневидным.

Вязкий излом имеет волокнистое строение, форма и размер зерен сильно искажены. Ему предшествует, как правило, значительная пластическая деформация.

Под действием знакопеременных нагрузок возможно возникновение усталостного излома (рис. 3.2). Он состоит из очага разрушения 1 (места образования микротрещин) и двух зон – усталости 2 и долома 3. Очаг разрушения примыкает к поверхности и имеет небольшие размеры. Зону усталости формирует последовательное развитие трещины усталости. В этой зоне видны характерные бороздки, которые имеют конфигурацию колец, что свидетельствует о скачкообразном продвижении трещины усталости. Последнюю стадию разрушения характеризует зона долома.

Рис. 3.2. Схематическое строение усталостного излома

Макроструктурный анализ проводится на макрошлифах. Макрошлифы подвергают:

  • глубокому травлению в концентрированных горячих кислотах для выявления волокнистого строения сплава, что важно для определения анизотропии свойств, различных внутренних дефектов металла;
  • поверхностному травлению для определения химической неоднородности сплава (ликвации).

Чаще всего определяют общую химическую неоднородность сплава по сечению детали.

Конкретно для сталей распределение C, P, S зависит от количества этих элементов, процесса кристаллизации и обработки давлением. Для определения общей ликвации свежеприготовленный макрошлиф погружают на 2 мин. в 10 % раствор двойной медно-аммиачной соли соляной кислоты (CuNH4Cl2).

При травлении медь замещает железо и оседает на участках поверхности, обедненных S, P, C, защищает их от дальнейшего растравления. Места, обогащенные примесями, оказываются сильно протравленными. Затем макрошлиф промывают под струей проточной воды и осторожно снимают медь с поверхности ватным тампоном. Полученную картину зарисовывают или фотографируют.

Микроструктурный анализ

Микроструктурный анализ проводится с целью исследования структуры металлов и сплавов под микроскопом на специально подготовленных образцах. Методами микроанализа определяют форму и размеры кристаллических зерен, обнаруживают изменения внутреннего строения сплава под влиянием термической обработки или механического воздействия на сплав, микротрещины и многое другое.

Микроструктурный анализ проводится на микрошлифах при приготовлении которых необходимо учитывать что:

  • шлиф должен иметь минимальный деформированный слой;
  • на поверхности шлифа не должно быть царапин и ямок;
  • шлиф должен быть плоским (без «завалов»), чтобы его можно было рассматривать при больших увеличениях.

Шлиф, т.е. образец с плоской отполированной поверхностью, механическим методом готовят следующим образом. Вначале производят обработку образца на плоскость (заторцовку) с помощью круга. По краям следует снять фаску, чтобы при последующих операциях не порвать полировальное сукно. Затем производят шлифовку на специальной бумаге с разной величиной зерна абразива, уложенной на стекло. При переходе к следующему номеру бумаги образец разворачивают на 90º и шлифуют до тех пор, пока не исчезнут риски от предыдущей обработки. После шлифования на последней бумаге шлиф промывают в воде, чтобы частички абразива не попали на полировальный круг. После шлифовки производят полировку. Шлиф слегка прижимают к вращающемуся кругу, на который натянуто сукно. Полировальный круг все время смачивается суспензией – взвесью тонкого абразива в воде. Абразивами для полировки служат окись алюминия (белого цвета), окись хрома (зеленого цвета) или другие окислы. Для полировки твердых материалов применяют пасту с алмазным порошком или алмазные круги. Полировку производят до получения зеркальной поверхности. После полировки шлиф промывают в воде или спирте, сушат полированную поверхность фильтровальной бумагой. Ее следует прикладывать к зеркалу шлифа, а не водить по нему.

После полировки микроструктура, как правило, не бывает видна. Исключением являются сплавы, структурные составляющие которых сильно различаются по составу и твердости, в результате чего одни участки шлифа сполировываются больше, другие меньше, и на поверхности образуется рельеф.

Для выявления микроструктуры шлиф подвергают травлению кратковременному действию реактива. Травитель и время травления подбирают опытным путем.

Механизм выявления структуры сплава довольно сложен. Те участки шлифа, которые сильно растравлены, кажутся под микроскопом более темными т.к., чем сильнее растравлена поверхность, тем больше она рассеивает свет и меньше света отражает в объектив.

В образце с однофазной структурой границы между зернами растравливаются сильнее, чем тело зерна, и под микроскопом видны канавки в виде темной сетки (рис. 3.3) Разные зерна одной фазы попадают в сечение шлифа различными кристаллографическими плоскостями, которые травятся по-разному. Поэтому зерна одной фазы могут иметь различные оттенки.

Рис. 3.3. Выявление микроструктуры сплава

В многофазном сплаве различные фазы и структурные составляющие травятся по разному. Смесь фаз подвергается не только простому химическому действию реактивов, но и электрохимическому травлению, т.к. смесь фаз является совокупностью микро гальванических элементов. Растворяются частички, являющиеся микроанодами по отношению к другим частицам – микрокатодам.

В результате такого сложного действия травителя выявляется микростроение образца. После травления шлиф промывают водой, сушат фильтровальной бумагой и ставят на столик микроскопа.

Устройство и работа микроскопа

Разрешающая способность глаза ограничена и составляет 0,2 мм. Разрешающая способность характеризуется разрешающим расстоянием, т.е. тем минимальным расстоянием между двумя соседними частицами, при котором они еще видны раздельно. Чтобы увеличить разрешающую способность, используется микроскоп. Разрешаемое расстояние определяется соотношением:

, (3.4)

где λ – длина волны света;

n – показатель преломления среды, находящейся между объективом и объектом;

α –угловая апертура, равная половине угла раскрытия входящая в объектив пучка лучей, дающих изображение.

Произведение n sinα =A называют числовой апертурой объектива. Эта важнейшая характеристика объектива выгравирована на его оправе. В большинстве исследований применяют сухие объективы, работающие в воздушной среде (n = 1). Объектив дает увеличенное промежуточное изображение объектива, которое рассматривают в окуляр, как в лупу. Окуляр увеличивает промежуточное изображение объектива и не может повысить разрешающей способности микроскопа.

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра. Рекомендуется начинать микроанализ с использованием слабого объектива, чтобы вначале оценить общий характер структуры на большой площади. После просмотра структуры при малых увеличениях микроскопа используют объектив с такой разрешающей способностью, чтобы увидеть необходимые мелкие детали структуры.

Окуляр выбирают так, чтобы четко были видны детали структуры, увеличенные объективом. Собственное увеличение окуляра выгравировано на его оправе (например, 7×).

В металлографии микроанализу подвергаются непрозрачные для световых лучей объективы – микрошлифы, которые рассматривают в микроскоп в отраженном свете. Наводку на резкость осуществляют грубо, вращением макровинта. Тонкую наводку на резкость – вращением микровинта, который перемещает объектив по отношению к неподвижному предметному столику.

Для рассмотрения разных участков шлифа предметный столик вместе со шлифом перемещают винтами относительно неподвижного объектива в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Определение величины зерна

Величина зерна оказывает существенное влияние на свойства сплава. По методу «секущей» подсчет числа зерен на выделенной площади заменяется подсчетом стыков (границ) плоских зерен.

Для определения диаметра зерна d при данном увеличении микроскопа (100×) необходимо, используя окуляр (7×), имеющий измерительную линейку, посчитать на контрольном образце количество пересечений границ с осью шкалы окуляра «секущей». Аналогичный расчет проводится в двух других полях зрения. При подсчете определяют среднее арифметическое значение числа пересечений. Диаметр зерна определяют по формуле:

, (3.5)

где dз – диаметр зерна, мм;

l – длина секущей, мм;

m – цена деления секущей при данном увеличении микроскопа;

nср – среднее количество пересечений.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Название работы.

Цель работы.

Рисунок излома контрольного образца и заключение о его характере.

Рисунок выявленной микроструктуры с описанием ее характера.

Расчет величины зерна выявленной микроструктуры.

Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

При каких увеличениях проводят макроанализ?

Что такое макрошлиф?

Какие задачи можно решить методами макроанализа?

Какие виды хрупкого излома возможны?

Какие участки можно различить в усталостном изломе?

Для чего проводят глубокое и поверхностное травление?

Каким образом определяют общую химическую неоднородность?

Какие задачи можно решать с помощью микроанализа?

Как приготовить микрошлиф?

В чем заключается механизм выявления структуры при травлении?

Что такое разрешающая способность микроскопа?

Какое изображение дает объектив и окуляр?

В чем заключается метод «секущей»? Что определяют с помощью этого метода?

Исследование макроструктуры (макроанализ) металлов и сплавов

Цель работы: изучить методику макроанализа, области его применения и виды.

Краткие сведения из теории

Макроанализ применяют для выявления в металле дендрит­ного строения, усадочной рыхлости, газовых пузырей, трещин, пустот, плен, шлаковых включений, расположения волокон в по­ковках и штамповках, ликвации серы и фосфора, структурной не­однородности, качества сварного соединения.

При макроанализе производится исследование макрострук­туры. Макроструктурой называется строение металла, видимое без увеличения или при небольшом увеличении (до 10—30 раз) с помощью лупы. Макроструктура может быть исследована непосредственно на поверхности заготовки или детали; в изломе или, что делается чаще, на вырезанном образце (темплете) после его шлифования и травления специальным реактивом.

Подготовленная для исследования макроструктуры поверх­ность образца называется макрошлифом.

Приготовление макрошлифов.

Образец для макроанализа вырезают в определенном месте и в определенной плоскости в за­висимости оттого, что подвергают исследованию — отливку, по­ковку, штамповку, прокат, сварную или термически обработан­ную деталь, и что требуется выявить и изучить — первичную кри­сталлизацию, дефекты, нарушающие сплошность металла, неодно­родность структуры. Поэтому образцы вырезают из одного или нескольких мест слитка, заготовки или детали, как в продольном, так и в поперечном направлениях.

Поверхность образца для макроанализа обрабатывают на фрезерном или строгальном станке (если материал с невысокой твердостью) или на плоскошлифовальном станке (если материал твердый). Для получения более гладкой поверхности образец шлифуют вручную.

При шлифовании по поверхности образца водят шлифовальной шкуркой, обернутой вокруг деревянного бруска. Шлифование начинают шкуркой с наиболее грубым абразивным зерном, затем постепенно переходят на шлифование шкуркой с более мелким зерном. При переходе с одного номера шкурки на другой направ­ление шлифования меняют на 90°. После шлифования образцы про­тирают ватой и подвергают травлению.

Выявление неоднородности распределения (ликвации) серы и фосфора

Выявление ликвации серы. Для выявления в стали ликвации серы применяют метод Баумана, для выполнения которого необ­ходимо:

1. Макрошлиф хорошо протереть ватой, смоченной спиртом, и положить на стол шлифовальной поверхностью вверх.

2. Лист глянцевой бромосеребряной фотографической бумаги вымочить на свету в течение 5—10 мин в 5%-ном водном растворе серной кислоты, слегка просушить между двумя листами филь­тровальной бумаги для удаления избытка раствора, наложить эмульсионной стороной на макрошлиф и, приглаживая сверху рукой или резиновым валиком, удалить образующиеся пузырьки газов, выдержать на макрошлифе в течение 2—3 мин и осторожно снять с макрошлифа.

3. Полученный отпечаток промыть в воде, зафиксировать в 25%-ном водном растворе гипосульфита, снова промыть в воде и просушить.

Полученные на фотобумаге участки коричневого цвета указы­вают на места, обогащенные серой (скопления сульфидов). Если же фотобумага имеет равномерную окраску, то, следовательно, сера распределена равномерно.

Появление темных участков в местах, обогащенных серой, объясняется тем, что сначала между серной кислотой, впитанной в фотобумагу, и включениями МnS и FeS, в виде которых сера находится в стали, происходят следующие реакции:

MnS + Н2SО4 = МnSО4 + Н2S; FеS + Н2SО4 = FеSО4 + Н2S.

Образующийся сероводород действует на бромистое серебро эмульсионного слоя, в результате образуется сернистое серебро (Ag2S), имеющее темно-коричневый цвет:

2АgВr + Н2S = Аg2S + 2НВr.

4. Зарисовать полученный отпечаток и дать характеристику ликвации серы.

Выявление ликвации фосфора. Ликвацию фосфора в стали выявляют травлением отшлифованного образца в реактиве со­става: 85 г хлорной меди, 53 г хлористого аммония в 1000 см3 воды.

Для выявления ликвации необходимо:

1. Отшлифованную поверхность образца протереть ватой, смо­ченной спиртом.

2. Образец погрузить в указанный реактив и выдержать в нем 1—2 мин. При выдержке образца в реактиве железо растворяется и вытесняет медь, которая осаждается на поверхности образца.

3. После выдержки образец вынуть из реактива. Вся поверх­ность образца должна быть покрыта медью.

4. Струей воды смыть с поверхности слой меди и протереть макрошлиф мокрой ватой.

5. Просушить образец.

Более темные, т. е. глубоко протравленные участки — это места, обогащенные фосфором, так как чем больше в железе фос­фора, тем быстрее оно растворяется; светлые участки — места с меньшим содержанием фосфора.

6. Зарисовать полученную макроструктуру и дать характери­стику ликвации фосфора.

Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла

Для выявления в стали дефектов, нарушающих сплошность металла (трещин, пор, раковин), производится глубокое травле­ние отшлифованного образца водным раствором соляной кислоты (50 см3 НСl, 50 cм3 воды).

Работу необходимо выполнять следующим образом:

1. Отшлифованную поверхность образца протереть ватой, смо­ченной спиртом.

2. В водяную баню, установленную в вытяжном шкафу (так как при травлении выделяются ядовитые газы), поместить фарфо­ровую ванну, налить в нее реактив и нагреть до температуры 60—70° С.

3. Образец при помощи щипцов погрузить в горячий реактив и выдержать в нем 10—45 мин.

4. После выдержки образец при помощи щипцов вынуть из реактива.

5. Образец промыть водой, затем 10—15%-ным водным рас­твором азотной кислоты и просушить.

6. Зарисовать полученную макроструктуру и дать характери­стику выявленных дефектов. При глубоком травлении раствором кислоты высокой концентрации происходит растравливание де­фектов, нарушающих сплошность металла, — они становятся ви­димыми невооруженным глазом.

Выявление строения литой стали

Строение литой стали (дендритной структуры) выявляют трав­лением отшлифованного образца в 15%-ном водном растворе пер­сульфата аммония.

Для выявления дендритной структуры необходимо следующее:

1. Отшлифованную поверхность образца протереть ватой, смо­ченной спиртом.

2. В водяную баню поместить фарфоровую ванну, налить в нее реактив и нагреть до 80—90° С.

3. Образец при помощи щипцов погрузить в горячий реактив и выдержать в нем в течение 5—10 мин.

4. После выдержки в реактиве образец при помощи щипцов вынуть из реактива.

5. Образец промыть водой и просушить.

6. Зарисовать и дать характеристику выявленной макрострук­туры.

Выявление волокнистости стали

Волокнистость стали выявляют травлением отшлифованного образца:

а) в реактиве состава: 85 г хлорной меди, 53 г хлористого ам­мония, 1000 см3 воды по методике выявления неоднородности (ликвации) фосфора;

б) в реактиве для глубокого травления (50%-ная соляная кислота) по методике выявления дефектов, нарушающих сплош­ность металла.

Определение неоднородности строения сплава, созданной обработкой давлением (полосчатости)

Неметаллические включения в стали (сульфиды, оксиды, шлаки) и ликвационные участки, неоднородные по составу и структуре, при обработке давлением (прокатке, ковке, штамповке) частично раздробляются и вытягиваются вдоль направления деформации, об­разуя характерную продольную волокнистость (первичная полосча­тость). Кроме того, в доэвтектоидной стали в процессе вторичной кристаллизации избыточная фаза (феррит) склонна кристаллизо­ваться вокруг вытянутых неметаллических включений, образуя вторичную полосчатость.

Ударная вязкость и пластичность различны в зависимости от направления волокон. Они выше в образцах, вырезанных вдоль направления волокон, и меньше в образцах, вырезанных поперек направления волокон.

Макроанализ позволяет не только выявить направление волокон в деформированном металле, но и определить способ изготовления изучаемой детали, в частности является ли она литой или изготов­лена ковкой (штамповкой) или резанием.

Волокна металла вследствие неодинакового состава и строения имеют различную травимость. Поэтому реактив, содержащий 85 г СuСl2 и 53 г NH4Сl на 1000 мл воды, хорошо выявляет полосчатость. Макрошлиф в этом случае надо изготавливать в про­дольном направлении.

Определение неоднородности состава и структуры, созданной термической или химико-термической обработкой

Макроанализ позволяет определить в стали: 1) толщину закаленного слоя;

2) толщину цементованного (нитроцементированного) слоя.

Закаленный (или цементованный и закаленный) слой имеет более мелкое зерно, и после закалки без перегрева получается матовый фарфоровидный (шелковистый) излом, заметно отличающийся от вида излома сердцевины. Толщину слоя можно определять невооруженным глазом или в лупу. Кроме того, для более точного определения поверхностного слоя можно проводить травление в растворе 2 г. CuCl2 ·H2O, 1 мл HCl на 100 мл этилового спирта. Мягкая сердцевина покрывается красным слоем меди, науглероженный слой не изменяется.

Для выявления макроструктуры цветных металлов используются следующие травители: 10-20% водный раствор персульфата аммония или раствор хлорного железа (10 г) и соляной кислоты (30 мл) в воде (120 мл) для медных и никелевых сплавов; 10-15% раствор едкого натра для алюминиевых сплавов.

Макроанализ излома металла

Излом может быть разным по форме, виду и способности к отра­жению света, следовательно, различаться в зависимости от состава металла, его строения, отдельных дефектов, условий обработки и напряженного состояния, при котором произошло разрушение об­разца (детали). Поэтому анализ излома позволяет установить мно­гие особенности строения, а в ряде случаев и причин хрупкого или вязкого разрушения.

Ниже указываются более часто наблюдаемые характеристики излома сталей и чугунов.

По форме различают излом: 1) ровный, блестящий и 2) с высту­пами или чашечкой. Первый вид излома характерен для хрупкого состояния, когда разрушение произошло без видимой пластической деформации, а второй — для вязкого. Это описание из­лома может изменяться в зависимости от условий разрушения и поэтому оно приближенно и в некоторых случаях недостаточно точ­ное. Излом, происходящий при кручении, наоборот, ровный и пер­пендикулярен оси образца у вязкого металла и сложной формы (по винтовой линии) у хрупкого.

Анализ строения излома более полно характеризует поведе­ние металла при разрушении. По этому признаку различают излом:

1) зернистый, или кристаллический (блестящий с фасетками); он наблюдается при хрупком разрушении сталей пониженной вяз­кости (в том числе закаленных со значительным перегревом) и ста­лей, испытанных ниже порога хладноломкости. Хрупкий излом может быть межкристаллитным (камневидным), когда излом проходит по границам зерен, транскристаллитным (нафталинистым), проходящим по зернам, обладающим избирательным блеском, и дендритным, если разрушение идет по границам дендритов;

2) матовый, или волокнистый; зерна в этом случае не видны; такой излом наблюдается при вязком разрушении, которому пред­шествовала значительная пластическая деформация;

3) смешанный: зернистый (или кристаллический) в одних участках и волокнистый в других. Он характерен для стали, разрушенной в переходном температурном интервале между верхним и нижним порогами хладноломкости или прокалившейся не полностью; в этом случае в закаленной поверхностной зоне излом матовый (фарфоровидный), а в середине — зернистый (или кристал­лический). Смешанный излом наблюдают также в условиях усталостного разрушения;

4) со своеобразными белыми пятнами, называемыми флокенами; он наблюдается сравнительно редко в сталях определен­ного состава и является признаком брака из-за резкого снижения вязкости (вследствие микроликвации и влияния водорода, присут­ствующего в стали).

По отражению света излом может быть: светлым, характерным для стали и белых чугунов (т. е. чугунов, в которых весь углерод связан в цементите), и темным у чугунов с графитом (серых, ковких и высокопрочных).

Порядок выполнения работы

1. Приготовить макрошлифы.

2.Выявить: неоднородность (ликвацию) серы и фосфора; дефекты, нарушающие сплошность металла; строение литой стали; волокнистую и полосчатую структуру, макроструктуру после ТО и ХТО, различные виды изломов.

3. Зарисовать и дать характеристику выявленных макро­структур.

4. Составить отчет о работе.

Приборы, материалы и инструменты

Для проведения работы необходимо иметь: образцы с неравно­мерным распределением серы и фосфора, с дефектами, нарушаю­щими сплошность металла, литой стали, с волокнистостью и полосчатостью, с неоднородностью, связанной с ХТО и ТО; образцы с различными видами изломов; шли­фовальную шкурку различных номеров зернистости; деревянные бруски; вытяжной шкаф; водяную баню; фарфоровую ванну; ре­зиновый валик; лупу; щипцы; вату; фильтровальную бумагу; глянцевую бромосеребряную фотографическую бумагу; спирт; ре­активы для выявления макроструктуры.

Составление отчета

Отчет о проведенной работе должен содержать следующее:

1. Задание.

2. Цель работы.

3. Описание приготовления макрошлифа.

4. Рисунки макроструктур с кратким описанием методики вы­явления и характеристикой неоднородности (ликвации) серы и фосфора; дефектов, нарушающих сплошность металла, строения литой стали, волокнистости, полосчатости; неоднородности, связанной с ХТО и ТО; видов изломов.

Контрольные вопросы

1. Укажите назначение макроанализа, его отличия и преимущества по сравнению с другими видами исследования металлов.

2. Опишите приготовление макрошлифов.

3. Опишите принципы травления макрошлифов.

4. Перечислите виды изломов. Расскажите о хрупком изломе.

5. Опишите вязкий излом.

6. Что представляет усталостный излом?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ (МАКРОАНАЛИЗ)

IV. МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Металлографический анализ проводится с целью изучения влияния химического состава и различных видов обработки на структуру металла.

Различают макро- и микроструктуру. Соответственно, металлографический анализ подразделяется на макроанализ и микроанализ.

Макроструктура– это строение металла, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении (до 30 крат).

Микроструктура– это строение металла или сплава, видимое при больших увеличениях (более 50 крат) с помощью микроскопа.

Макроанализ дает представление об общем строении металла и позволяет оценить его качество после различных видов обработки: литья, обработки давлением, сварки, термической и химико-термической обработки.

Не выявляя подробностей строения, макроанализ позволяет определить участки металла, требующие дальнейшего микроскопического исследования. Макроанализ позволяет определить:

1. Нарушения сплошности металла: центральную пористость, свищи, подкорковые пузыри, трещины, непровары и газовые пузыри при сварке;

2. Дендритное строение, размеры и ориентацию зерен в литом состоянии;

3. Химическую неоднородность литого металла – ликвацию (исследуется макрошлиф);

4. Волокнистое строение деформированного металла;

5. Вид излома: вязкий, хрупкий, нафталинистый, камневидный;

6. Глубину слоя после химико-термической обработки (исследуется излом).

Макроанализ проводят на продольных и поперечных макрошлифах (темплетах) и изломах. Для успешного выполнения макроанализа необходим выбор наиболее характерного для изучаемого изделия сечения или излома. Вырезанные темплеты подвергают механической обработке, химическому травлению и исследованию.

Методы макротравления подразделяют на три группы: глубокого травления; поверхностного травления; отпечатков. Структура, выявляемая глубоким травлением, слабо зависит от подготовки поверхности образца; поверхностное травление или метод отпечатков требует более тщательной подготовки поверхности. Способы макроанализа различны в зависимости от состава сплава и задач, стоящих перед исследователем. Для многих марок стали, с целью выявления дефектов, нарушающих сплошность, применяют горячий (60–80 °С) 50-% водный раствор соляной кислоты. Темплеты травят в течение 5–45 мин. до четкого выявления макроструктуры – это глубокое травление.

Химическую неоднородность стали, например, ликвацию фосфора, серы, свинца определяют методом поверхностного травления и отпечатков.

При необходимости полного макроскопического исследования, а также определения нарушений сплошности металла и дефектов строения целесообразно придерживаться следующей последовательности; сначала травить образец реактивом поверхностного травления, затем снова шлифовать и определять распределение серы по отпечатку на фотобумаге, после чего производить глубокое травление для определения нарушений сплошности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *