Методы макроструктурного анализа металлов и сплавов

Цель работы:

1.Изучить методику и возможности макроструктурного анализа металлов и сплавов.

2. Приобрести практические навыки в исследовании макроструктур металлов и сплавов.

Оборудование и материалы: Лупа, оптический стереомикроскоп MC-2 ZOOM, видеоокуляр DCM130 или цифровая фотокамера, компьютер, монитор, изломы и макрошлифы сплавов и сварных соединений.

Задание:

1. Изучите теоретическую часть работы.
2. Ознакомьтесь со способами макроанализа металлов и сплавов.
3. Ознакомьтесь с видом изломов и макроструктурой металлов и сплавов.
4.  Сфотографируйте наблюдаемую структуру изломов и макрошлифов.
5. Охарактеризуйте наблюдаемые структуры.

Содержание отчета:

1. Краткая характеристика макроанализа
2. Основные характеристики изломов металлов и сплавов.
3. Описание методики исследования макрошлифов и изломов
4. Фотографии и описание изломов и макроструктур исследованных образцов.

Характеристики макроанализа

Макроскопический анализ заключается в определении строения металлов невооруженным глазом или при небольших увеличениях (до 30 крат). В этом случае можно одновременно наблюдать большую поверхность заготовки, что часто позволяет судить о качестве металла и определять условия предшествующей обработки, влияющие на сплошность металла и особенности его строения, затвердевания, а также характер и качество обработки, применявшейся для придания детали окончательной формы и свойств (литье, обработка давлением, сварка, резание).

 Макроанализ в отличие от микроанализа не позволяет определить всех особенностей строения металла. По данным макроанализа можно выбрать те участки изучаемой поверхности, которые надо подвергнуть дальнейшему микроскопическому исследованию.

Результаты макроскопического исследования можно зафиксировать, получив снимок макроструктуры исследуемого места детали или заготовки. Для этой цели применяют специальные установки, позволяющие проводить съемку плоских и рельефных объектов при увеличении от 0,5 до 20 крат.

Макростроение можно изучать не только непосредственно на поверхности металла(например, отливок, поковок), но и в изломе заготовки (детали), а также после предварительной подготовки исследуемой поверхности, заключающейся в ее шлифовании и травлении специальными реактивами. Шлифованный и протравленный образец называют макрошлифом; если макрошлиф протравлен в поперечном сечении детали, то его иногда называют темплетом. На шлифованной поверхности не должно быть загрязнений, следов масла и т.п.

          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.

Наиболее часто наблюдаются характеристики излома сталей и других материалов. По форме различают излом:

1) ровный, блестящий – характерен для хрупкого состояния, когда разрушение произошло без видимой пластической деформации;

2) с выступами или чашечкой - для вязкого состояния.         

 Это описание излома может измениться в зависимости от условий разрушения. Так, 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;

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 зоне излом матовый (фосфоровидный), а в середине – зернистый (или кристаллический). Смешанный излом наблюдается также в условиях усталостного разрушения.

Макроанализ шлифов

На макрошлифах при проведении макроанализа выявляют:

1) нарушение сплошности металла: подусадочную рыхлость, центральную пористость, свищи, подкорковые пузыри, межкристаллитные трещины; трещины, возникающие при обработке давлением и термической обработке; флокены, дефекты сварки (в виде непроваров, газовых пузырей);

3) дендритное строение, зону транскристаллизации, размеры и ориентацию зерен в литом металле;

4)  химическую неоднородность литого металла (ликвации) и присутствие в нем грубых инородных включений;

5)  волокнистую структуру деформированного металла;

6)  структурную или химическую неоднородность металла, созданную термической, термомеханической или химико – термической обработкой.

Для определения дефектов, нарушающих сплошность стали, применяют реактивы глубокого травления и реактивы поверхностного травления. Реактивы глубокого травления сильно воздействуют на поверхность. Агрессивное действие концентрированных кислот и их смесей неодинаково на отдельных участках металла; оно интенсивнее с более развитой поверхностью, т.е. спорами, раковинами, трещинами и концентрацией напряжений, а также на участках, неоднородных по составу и структуре вследствие ликвидации. Поэтому после травления макрошлиф имеет избирательно протравленную поверхность, на которой видны трещины и пористость. Реактивы поверхностного травления хорошо выявляют сравнительно крупную пористость, например в сварных заготовках, а также определяют характер ликвидации и фигур течения металла, но они не могут заменить реактивов глубокого травления для определения флокенов, а также трещин, рыхлости и пор, не выходящих на поверхность. Преимущество реактивов поверхностного травления состоит в их меньшей агрессивности и простоте обращения с ними. Эти реактивы широко используют, особенно при макроанализе деталей из низко- и среднеуглеродистых сталей.

                         Контрольные вопросы

1. Что такое макрошлиф, как его готовят?

2. Что позволяет установить макроанализ поверхности излома?

3. Какие бывают виды излома в зависимости от поведения металла при разрушении?

4. Какой излом характерен для закаленных сталей?

5. Что можно выявить при исследовании макрошлифов?

6. С какой целью используют реактивы глубокого и поверхностного травления?

7. В чем преимущество реактивов поверхностного травления? Для каких материалов их используют?

Лабораторная работа №4