Макроструктурный анализ металлов и сплавов

Лабораторная работа № 1.

1. Цель работы: изучить методику приготовления макрошлифов, методы выявле­ния макростроения к дефектов стали.

2. Теоретические сведения

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

При макроанализе производится исследование макроструктуры металлов и сплавов.

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 вырезном образце (темпле-те) после его шлифования и травления специальным реактивом.

Подготовленная для исследования макроструктуры поверхность образца на­зывается макрошлифом.

Используется два метода макроанализа: метод,изломов и метод макрошливов.

2.1. Метод изломов позволяет установить характер предшествующей обработ­ки металлов давлением, величину зёрен, вид чугуна, дефекты внутреннего строения (поры, трещины и др.).

Изучение излома - наиболее простой метод выявления кристаллического строения металлов и сплавов.

Для изучения излома образцы ломают, и место изучают визуально или поль­зуются лупой. Вид излома используют в качестве критерия при определении склон­ности стали к хрупкому разрушению.

2.2. Метод макрошлифов. Образец для макроанализа вырезают в определен­ном месте и в определенной плоскости в зависимости от того, 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 на другой направление шли­фования меняют на 90°. После шлифования образцы протирают ватой и подвергают травлению.

Волокнистость, возникающую при обработке металлов давлением, выявляют глубоким травлением одной отшлифованной стороны образца в сильных кислотах, нагретых до 70... 100°С. При этом примеси, скопившиеся на границах зёрен, раство­ряются быстрее основного металла, в результате чего образуется рельефная поверх­ность в виде тонких волокон. Волокнистость, повторяющая конфигурацию сечения детали, свидетельствуют о правильной технологии горячей обработки давлением (рис. 1.1). При несоответствии расположения волокон контуру детали в местах пере­хода от одной конфигурации к другой создаются напряжения, сокращающие экс­плуатационный срок её службы.

В стали сернистое железо образует с железом легкоплавкую эвтектику, распо­ложенную преимущественно по границам зёрен и которая плавится при 985° С. По­этому при горячей обработке сталей давлением при температурах выше 1000° С эв­тектика быстро расплавляется, разобщая зёрна, и в металле образуются надрывы и трещины. Такое явление носит название красноломкости. Вредное влияние серы на сталь также усиливается при неравномерном распределении её по сечению образца (ликвация).

Рис.1.1. Макроструктура поковки полуоси автомашины. Направление волокон повторяет внешние очертания поковки; травление 50%-ной соляной кислотой

Рис.1.2. а) ликвация серы в стали; 6) ликвация фосфора в стали

Ликвацией называется неоднородность химического состава в сплавах.

В большинстве случаев ликвация является нежелательным явлением, т.к. в ре­зультате неоднородности химического состава сплава по сечению изделия получа­ются различия в свойствах. Например, на рис. 1.2. представлены образцы макро­шлифа рельса с неравномерным распределением серы и фосфора. Места, обогащен­ные серой и фосфором проявляются в виде темно-коричневых пятен. Наличие фос­фора вызывает хладноломкость (хрупкость при нормальных температурах).

3. Порядок выполнения работы.

3.1 .Ознакомиться с образцами изломов и макрошлифами.

3.2.Зарисовать по образцам:

а) изломы с выявлением размеров зерен, волокнистости, кристалличности, дендритности и др.;

б) макроструктуру шлифов образцов с выявлением распределения волокон в деталях (оценить правильность конфигурации волокон, размер зоны термического влияния сварного соединения, глубину закалки и др.).

4. Отчет должен содержать:

4.1. Описание приготовления макрошлифа.

4.2. Рисунки (схемы) макроструктур с кратким описанием методики выявле­ния и характеристикой неоднородности (ликвации) серы и фосфора; дефектов, на­рушающих сплошность металла, строения стали и волокнистости.

5.Контрольные вопросы.

5.1. Что такое макроанализ?

5.-2. Какие методы применяются при макроанализе?

5.3. Как влияют вредные примеси на свойства металлов и их сплавов?

5.4. Дайте определение ликвации.

5.5. Как приготовить макрошлиф?

Лабораторная работа №2