Приготовление образцов для макроанализа

Кафедра «Технология металлов»

МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

(МАКРОАНАЛИЗ)

Методические указания к лабораторной работе по курсу

«Материаловедение и ТКМ» для студентов специальности:

240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов»

Астрахань 2010

УДК 621.774.1.01

Автор: Булгаков В.П., д.т.н., профессор кафедры ТМ

Рецензент: Каратун О.Н., д.т.н., профессор, кафедры ХТНГ

Булгаков В.П. Макроскопический анализ металлов и сплавов

(макроанализ)/ АГТУ Астрахань,2010; 15 с.

В методических указаниях изложены основные методы контроля и исследования качества структуры металлов и сплавов, принятые на предприятиях химического машиностроения.

Методические указания утверждены на заседании кафедры «Технология металлов» …………………..2010 г, протокол № …………

Рекомендовано к изданию Методсоветом кафедры ХТНГ Химико-технологического факультета ………….2010, протокол №

© Астраханский государственный технический университет

Исследование макроструктуры (макроанализ)

Макроструктуру металла изучают путем про­смотра невооруженным глазом поверхности специально подготовлен­ных образцов (макрошлифов) или изломов при небольших увеличениях — до 30 раз.

Макроанализ дает представление об общем строении металла и позволяет оценить его ка­чество после различных видов обработки: литья, обработки давлением, сварки, термичес­кой и химико-термической обработки.

Этот анализ является предварительным видом исследования; однако он позволяет вы­брать те участки металла, которые требуют дальней­шего микроскопического исследования.

Цель и задачи макроанализа

С по­мощью макроанализа можно определить:

• нарушения сплошности металла: подусадочную рыхлость, центральную пористость, свищи, подкорковые пузыри, межкристаллитные трещины; трещины, возникшие при обра­ботке давлением и термической обработке; флокены; дефекты сварки (в виде непровара, газовых пузырей);

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

• химическую неоднородность литого ме­талла (ликвацию) и присутствие в нем гру­бых инородных, включений;

• волокнистую структуру деформирован­ного металла;

• структурную или химическую неоднород­ность металла, созданную термической, тер­момеханической или химико-термической об­работкой;

• вид излома: вязкий, хрупкий, нафталинистый, камневидный и т. д.;

• прокаливаемость (для инструменталь­ных сталей, в которых требуется сохране­ние вязкой сердцевины).

Приготовление образцов для макроанализа

Макроанализ проводят на продольных и поперечных макрошлифах (темплетах) и изло­мах. Большое значе­ние для успешного выполнения макроанализа имеет правильней выбор наиболее характер­ного для изучаемого изделия сечения или из­лома.

При использовании макроанализа для конт­роля качества металла число образцов, их раз­меры, место вырезки и другие условия отбора проб указывают в стандартах и технических условиях на конкретные виды металлопродук­ции. В частности, макроструктуру прутков обычно контролируют на поперечных макрошлифах.

Поверхность макрошлифов перед травлением необходимо подвергать торцеванию, строганию или шлифованию. После механичес­кой обработки поверхность должна быть ров­ной и гладкой без значительного поверхност­ного наклепа и прижога металла. На поверх­ности макрошлифа не должно быть загряз­нений, следов масла и т. п., поэтому ее перед травлением промывают (протирают) специ­альными составами.

Методы макротравления подразделяют на три основные группы: глубокого травления; поверхностного травления; отпечатков. Струк­тура, выявляемая глубоким травлением, срав­нительно слабо зависит от подготовки поверх­ности образца; поверхностное травление или метод отпечатков требует более тщательной подготовки поверхности.

Для изучения изломов образцы, вырезан­ные в поперечном или в продольном направ­лении (по отношению к течению металла при формоизменении), надрезают, а затем разру­шают по месту надреза на прессе или копре. Разрушение образца следует производить с максимальной скоростью и большой сосредо­точенной нагрузкой, т. е. в условиях, исклю­чающих смятие поверхности излома и обра­зование ложных расслоений (в поперечных изломах).

Способы макроанализа различны в зависи­мости от состава сплава и задач, стоящих пе­ред исследователем.

3. Выявление дефектов, нарушающих сплош­ность

литой и деформированнойстали.

Макрошлифы (темплеты) подверга­ют глубокому и реже поверхностному трав­лению. Операцию выполняют в вытяжном шкафу в ванне, изготовленной из материала, не вступающего в реакцию с применяемыми травильными растворами. В некоторых слу­чаях травление осуществляют протиркой там­поном, смоченным в реактиве.

Наиболее широко применяемые реактивы и режимы глубокого травления приведены ниже.

— Коррозионностойкие, жаропрочные и другие стали аустенитного класса:

1. 100 мл НС1, 10 мл HNO₃, 100 мл воды; t =60 ÷70°С; t = 5÷ 10 мин.

2. 100 мл НС1, 100 мл НNO₃, 100 мл воды; t =60 ÷70°С; t =5÷10 мин.

3. 100 мл НС1, 100 мл НNOз, 100 мл воды; 11,0-11,5 г двухромовокислого калия; t= 20⁰С; t = 5÷10 мин.

— Коррозионностойкие, жаропрочные и дру­гие стали ферритного или аустенитного клас­са: травление рекомендуется производить про­тиркой тампоном, смоченным в реактиве 100 мл НС1, 7 мл H₂SO₄, 20г CuSO₄ (безвод­ной); t—20 °C; t= 15÷25 мин; шлиф после травления промыть водой и 5—10 %-ным раствором хромпика.

— Рядовые и качественные углеродистые стали травят в 50 %-ном водный растворе НС1; t =60 ÷ 80°С; t=5÷45 мин.

Образцы перед травлением рекомендуется подогревать до температуры раствора, а после травления промывают в проточной воде и просушивают. Образцы, предназначенные для хранения, рекомендует­ся дополнительно обработать 10 % спиртовым раствором аммиака или промыть спир­том, а затем покрыть бесцветным лаком.

После травления макрошлиф приобретает рельефную поверхность с отчетливо видимы­ми осями дендритов (литая сталь), ликвационной неоднородностью, пористостью, трещи­нами и другими дефектами, а также волок­нистой структурой (деформированная сталь).

При поверхностном травления широко ис­пользуют реактив Гейна, содержащий на 1000 мл воды 53г хлористого аммония (NH₄C1) и 85г хлорной меди (СuС1₂). При погружении макрошлифа в реактив (на 30÷60 с) происходит обменная реакция: же­лезо вытесняет медь из водного раствора, которая оседает на поверхности шлифа; на участ­ках, недостаточно защищенных медью (поры, трещины, неметаллические включения) про­исходит травление. Затем макрошлиф выни­мают, слой осевшей меди снимают тампоном под струей воды и протирают макрошлиф досуха, чтобы предохранить его от быстрого окисления на воздухе. Этот реактив хорошо выявляет характер ликвации (особенно фос­фора и углерода), волокнистую структуру де­формированной низко и среднеуглеродистой стали, а также сравнительно крупную пори­стость, например в сварных соединениях. Уча­стки, обогащенные фосфором и углеродом, окрашиваются на макрошлифах в более тем­ный цвет. Однако реактивы поверхностного травления не могут заменить реактива глубо­кого травления при выявлении флокенов, а также трещин и пор, не выходящих непосред­ственно на поверхность металла.

Для исследования макрошлифов и изломов при небольших увеличениях и для их фотогра­фирования часто применяют стереоскопичес­кий микроскоп МБС-2 с микрофотонасадкой МФН-5.

Поиск по сайту: