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 (H₂SO₄), 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.