Лабораторная работа № 1. Определение структуры металлов и сплавов методами макро и микро анализа

1.1 Цель работы

Цель работы: практическое применение макроскопического и микроскопического методов исследования для определения структуры железоуглеродистых сплавов. Выявление дефектов макроструктуры металлов.

1.2. Порядок отбора проб и изготовления макрошлифа.

Макроскопический анализ заключается в определении строения металла невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз). Основное назначение макроанализа состоит в определении нарушений сплошности металла, строения сплавов, химической неоднородности и изменений, вызванных термической, химико-термической и термомеханической обработкой металла. Макроструктуру можно изучать непосредственно на поверхности металла, в изломе или на макрошлифе. Преимуществом макроанализа является то, что ему может быть подвергнут большой объем металла: или все изделия, или его основные части.

Макрошлифом называют поверхность образца (темплета), подготовленную для исследования макроструктуры.

Порядок подготовки макрошлифа:

‑ вырезка образца;

‑ шлифовка;

‑ травление растворами кислот и щелочей.

Для отбора образцов пригодны все способы, не изменяющие структуру металла ‑ фрезерование, строгание, сверление, резка.

При резке абразивными пилами необходимо охлаждение водой или эмульсией, чтобы температура в месте резки не превышала 50-60 °С. При газовой резке необходимо оставлять припуск 20-60 мм для удаления холодной обработкой зоны термического влияния. При вырезке темплета расстояние от края заготовки должно быть не менее одного ее диаметра или стороны. Длина пробы должна быть не менее четырех диаметров (сторон) заготовки; темплет вырезают из середины этой пробы. Рекомендуемая высота темплетов ‑ 15-30 мм.

Макроструктуру по излому контролируют на образцах, подрезанных с одной или двух сторон. Глубина и форма надреза должны гарантировать прямолинейный излом без смятия. Площадь излома должна составлять не менее половины площади сечения заготовки. Образец или заготовка разрушаются с максимальной скоростью и большой сосредоточенной нагрузкой.

1.3. Анализ макроструктуры шлифов.

Структура металла – собирательное название характеристик макроструктуры, микроструктуры, субструктуры и строения кристаллической решетки.

При контроле и исследовании слитков или отливок выявляются дефекты, зависящие от условий плавки, разливки и кристаллизации металла. К ним относятся дендритное строение и направленная кристаллизация, усадочные раковины и рыхлости, трещины, неметаллические включения, пористость.

Основные виды внутренних макродефектов, встречающихся в прокатанных заготовках стали, следующие: центральная и общая пористость, расслоения ликвация, флокены, подкорковые пузыри, межкристаллитные трещины, волосовины.

Центральная пористость обусловлена усадочной осевой рыхлостью слитка. Наибольшая осевая рыхлость наблюдается в слитках высокоуглеродистых легированных сталей и сталей повышенной вязкости.

Общая пористость образуется при быстром затвердевании металла, в верхней части слитка, что препятствует отходу газов из средней части, а также при пониженной температуре стали во время разливки.

Расслоения возникают в заготовке а процессе деформации металла из-за большой концентрации неметаллических включений в зоне усадочной раковины слитка.

Ликвация характеризует неоднородность химического состава металла в различных точках слитка. Дефекты в виде пятнистой ликвации и ликвационного квадрата отрицательно влияют на механические свойства стали.

Флокены представляют собой тонкие внутренние трещины неправильной формы.

Подкорковые пузыри выявляется травлением темплетов, полученных из слитков недостаточно раскисленного металла или имеющих повышенную температуру стали при разливе.

Волосовины представляют раскатанные макровключения или небольшие скопления неметаллических включений при горячей продольной деформации металла.

Наличие дендритов в структуре свидетельствует о том, что деталь получена литьем. Волокнистая структура свидетельствует об обработке изделия давлением.

Макроанализ сварного соединения позволяет выявить следующие дефекты: подрезы, наплывы, прожоги, незаделанные кратеры, газовые поры, свищи, шлаковые включения, непровары, трещины в шве и зоне термического влияния.