Макроструктурный анализ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
МАКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
Цель работы: Изучить макроструктуру сплавов на изломах и макрошлифах с помощью макроструктурного анализа.
План работы
1. Изучить лабораторную коллекцию изломов.
2. Изучить коллекцию макрошлифов и серных отпечатков
Пояснения к работе
Макроструктурный анализ— это изучение невооруженным глазом или с помощью лупы свежих изломов, макрошлифов серных и фосфорных отпечатков. С помощью макроструктурного анализа можно установить: каким способом получена заготовка (литье или обработка давлением); подвергалась ли она термической или химико-термической обработке; под действием каких нагрузок работало изделие (статические или циклические); наличие в материалах дефектов, полученных в результате перегрева или горячей обработки давлением или при нарушении режима термической обработки.
Изучение структуры по изломам. При оценке качества материалов важным является не только уровень их механических свойств, но и характер излома. .Классификация наиболее характерных видов изломов представлена на рис.1.
Кристаллический блестящий излом возникает в результате хрупкого разрушения за счет отрыва одной части кристалла от другой, характеризуется формой, размером кристаллов и их взаимным расположением. Крупнокристаллический излом наблюдается у литых сплавов, мелкокристаллический и фарфоровидный — после термической обработки.
У инструментальных быстрорежущих сталей в результате нарушения режима отжига после закалки наблюдается особый вид брака, называемый нафталинистым, излом которого характеризуется грубокристаллическим, чешуйчатым строением, напоминающим нафталин. При требуемой твердости сталь отличается повышенной
хрупкостью.
Характеристика изломов
 |
Рис. 1 Классификация видов излома
У конструкционных сталей о результате перегрева при горячей обработке давлением после правильно выполненной термической обработки наблюдается камневидный излом — это частично или полностью крупнокристаллический излом. В таком изломе трещина разрушения проходит по границам крупных зерен, образовавшихся в момент перегрева, т. е. нарушается корреляция между металлографически выявленным мелким зерном и видом излома (крупнокристаллический).
Волокнистый излом соответствует металлам, подвергнутым обработке давлением. Волокнистый излом вязкий, он имеет матовый оттенок и сопровождается большой пластической деформацией поверхности.
У деталей, работающих под действием циклических нагрузок, наблюдается усталостный излом, который характеризуется наличием двух зон: прогрессивного развития трещины, которая имеет матовую поверхность, обусловленную длительным притиранием двух частей излома; остаточного излома, имеющая у хрупких металлов крупнокристаллическое, а у вязких — волокнистое строение (рис. 2). Излом начинается в местах концентрации напряжений. Концентраторами напряжений могут служить резкие, неправильно сделанные переходы между различными сечениями, раковины, трещины, инородные включения. В процессе работы трещина развивается, ослабляя сечение детали и вызывая рост напряжений, и, наконец, происходит поломка.
Материалы, полученные методом порошковой металлургии, могут иметь вязкое, хрупкое или смешанное разрушение в зависимости от технологического процесса их изготовления, химического состава, качества исходных порошков и др.
Рис. 2 Усталостный излом
Изучение структуры по макрошлифам. Макрошлиф — это образец, вырезанный из изделия в интересующем нас месте, одна из его поверхностей специально готовится для выявления особенностей макроструктуры. Приготовление макрошлифов производится
следующим образом:
1. Из детали вырезается образец, одной из поверхностей которого придается плоскость,
2. Полученная плоскость последовательно шлифуется на наждачной бумаге с уменьшающимся размером зерна. При переходе на более мелкозернистую бумагу нужно менять направление шлифования квадратных образцов на 90°, а узких и длинных — на 15—30° сцелью получения неглубоких рисок и контроля за их исчезновением. Шлифование на каждом номере бумаге производится до уничтожения рисок от предыдущей обработки
3. Отшлифованная поверхность промывается водой, этиловым спиртом и просушивается.
4. Затем производится травление подготовленной поверхности, которое основано на взаимодействии металла с реактивом: зерна, различные по строению и составу, границы зерен по-разному растворяются и окрашиваются, а трещины и пустоты расширяются.
При изучении макрошлифов можно выявить:
· дендритное строение литого металла (рис. 3)
Рис. 3. Макроструктура слитка стали
1 – наружная мелкозернистая зона (корка); 2 – зона столбчатых кристаллов;
3 – зона равноосных кристаллов
· волокнистую структуру металла после горячей
обработки давлением (рис. 4); при получении изделий обработкой давлением необходимо избегать образования перерезанных волокон и их расположение совпадало с направлением главных усилий в деталях при работе.
Рис.4. Макроструктура (зарисовка) продольного разреза
коленчатого вала с правильным (а) и неправильным (б) расположением волокон.
· химическую неоднородность стали, характеризующуюся различным содержанием углерода па поверхности зубьев шестерни и в их сердцевине, что является результатом цементации (насыщения поверхностного слоя углеродом с целью обеспечении после термической обработки высокой твердости и износостойкости поверхностного слоя при вязкой сердцевине);
· наличие трещин, пузырей, пористости, химической неоднородности в макроструктуре сварных швов;
· зональную ликвидацию—неоднородность распределения элементов по зонам слитка, поковки или детали; выявляется путем снятия, например, серных или фосфорных отпечатков.
Лист засвеченной бромсеребряной фотобумаги замачивают на 5-10 минут в 5%-ом растворе серной кислоты (H 2 SO 4), слегка просушивают и накладывают на подготовленный макрошлиф эмульсией вниз, не допуская смещения бумаги. Для удаления пузырьков воздуха бумагу проглаживают резиновым валиком.
Фотобумагу выдерживают 10-15 минут. Сера, расположенная в стали в виде неметаллических включений FeS и MnS – сульфидов, вступает в реакцию с кислотой:
FeS (MnS) + H2SO4 = FeSO4 + H2S↑
Образующийся сероводород непосредственно против очагов своего выделения вступает в реакцию с бромистым серебром
фотоэмульсии на бумаге:
2AgBr+H2S=Ag2S↓+2HBr
Сернистое серебро имеет темный цвет, поэтому на фотобумаге почерневшие участки указывают на включения сульфидов в образце. Снятый отпечаток промывают в воде, закрепляют, опустив в ванночку с фиксажем на 10 минут, после чего еще раз промывают, просушивают.
План составления отчета
1. Указать назначение макроструктурного анализа и методику его проведения.
2. Описать технологию приготовления макрошлифа и серного отпечатка.
3. Схематически зарисовать и описать изломы и макрошлифы.
4. Сделать выводы о предполагаемых свойствах материала по виду излома, рельефу макрошлифа и серного отпечатка.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.