Изучение макрошлифов

Метод макрошлифов применяют для изучения строения металла, выявления различных дефектов, неравномерного распределения серы в деталях или слитках, определения глубины упрочненного слоя после закалки или цементации и т. д.

Волокнистое строение, возникающее при обработке металлов давлением, выявляют травлением поверхности макрошлифа растворами и смесями кислот и щелочей. При этом примеси, которые скапливаются на границах зерен, растворяются быстрее основного металла, что способствует выявлению рельефной волокнистой поверхности.

Макрошлифом называется специальный образец, вырезанный в определенном месте детали и имеющий плоскую шлифовальную поверхность, которую в зависимости от цели исследования протравливают специальными реактивами, в результате которого более четко обнаруживаются скрытые трещины, волосовины, пористость и другие дефекты.

После травления шлиф промывают водой под краном, а затем 5 %-нымраствором соды для нейтрализации остатков кислоты. Далее поверхность металла протирают ватой, промывают еще раз водой и просушивают.

Макроструктура литой стали состоит из зерен с отчетливо выраженным дендритный строением. Величина и ориентировка зерен (дендритов) литого металла зависит от условий охлаждения при его кристаллизации.

Слиток спокойной стали имеет зональное строение (рис. 1). Тонкий наружный слой металла имеет мелкозернистую структуру 1, образовавшуюся в результате быстрого охлаждения жидкого металла при его соприкосновении с массивными и холодными стенками изложницы. За наружным слоем располагается зона столбчатых зерен 2. В этой зоне за счет замедленного охлаждения при кристаллизации образуются более крупные зерна, ориентированные в направлении отвода тепле, т.е. перпендикулярно поверхности стенок изложницы.

Рис. 1. схема строения стального слитка

В центральной части слитка, где скорость охлаждения наименьшая, а отвод тепла не имеет избирательного характера, образуются крупные, равноосные зерна 3, имеющие различную ориентировку. В верхней части слитка располагаются типовые макродефекты: усадочная раковина, усадочные пустоты, усадочная рыхлость (пористость).

Макроструктура деформированного металла состоит из волокон ориентированных в направлении пластического деформирования металла при его обработке давлением (прокатка, штамповка в т.д.).

В результате обработки давлением макроструктура литого металла существенно изменится. Зерна (дендриты) деформируются и постепенно вытягиваются в направлении течения металла, и при больших степенях деформации образуется характерная волокнистая макроструктура, вид которой зависит от примененного способа обработки металла. Неметаллические включения в стали (сульфиды, оксида, шлаки) частично раздробляются и также вытягиваются вдоль направления деформации. У горячекатаного металла (рис. 2 и 3, б) волокна вытянуты в одном направлении. В штампованной заготовке (рис. 3, а) волокна металла следуют за ее внешней конфигурацией и представляют собой чередующиеся ферритные и перлитные полосы, расположенные в направлении течения металла при горячей его обработке. Такая структура приводит к анизотропии свойств, т.е. механические свойства металла, например, ударная вязкость, предел прочности и др. оказываются выше вдоль волокон и ниже поперек. Это свойство волокнистой структуры широко используют в промышленности для изготовления тяжело нагруженных деталей, что обеспечивает их высокую служебную прочность.

Рис. 2. Оброзование волокнистое строение гарячекатанной стали

а б

Рис. 3. Макроструктура коленчатого вала

В детали, изготовленной резанием (рис. 3, б) волокна металла перерезаются в месте перехода от щек к шейке вала, что приводит к снижению его прочности на разрыв.

О пределение неоднородности в структуре, созданной термической или химико-термической обработкой. Толщину закаленного слоя устанавливают по виду излома: он более мелкозернистый. Чтобы точно установить толщину этого слоя, образец шлифуют перпендикулярно оси и травят в течение 3 мин в 50 %-ном растворе соляной кислоты при 80 °С. Закаленный слой приобретает более темную окраску.

Толщину цементованного слоя определяют путем шлифования образца перпендикулярно оси и травления в течение 1…2 мин в реактиве состава; 2 г. CuCl₂2H₂O и 1 мл HCl на 100 мл спирта. Мягкая нецементированная сердцевина покрывается красноватым налетом меди вследствие вытеснения ее из реактива железом, а цементованный слой остается нетронутым.

Дефекты сварки. Исследование микрошлифов сварных швов позволяет определить качество сварки, надежность сварного шва, макроструктуру наплавленного металла. В сварных швах наблюдаются следующие основные дефекты: непровар, прожог, пористость, трещины (рис. 4).

Непроварами (рис. 4, а)называют отсутствие соединения между основным и наплавленным металлом. Причина непровара может быть загрязнение поверхности свариваемых деталей или недостаточная температура разогрева основного металла.

Прожог (рис. 4, б) образуется при нарушении сварки и сопровождается окислением основного и наплавленного металла, кап правило, по границам зерен. При этом прочность сварного шва понижается.

Пористость (рис. 4, в) характеризуется наличием газовых пузырей в сварном шве.

аб   г

в

Рис. 4. Дефекты сварных соединений

б - прожоги; ж - трещины;е - подрезы основного металла; з - непровары; и - шлаковые включения

Трещины (рис. 4, г) вызываются большими внутренними растягивающими напряжениями, которые возникают при охлаждении наплавленного металла.

Определение химической неоднородности (ликвации). Для этаа цели макрошлиф вырезают из жатакой или кованой стали в продольном на-нравлении. Особенно скловкы к ликвации в стали углерод» сера а фосфор. Сера и фосфор-вредные примеси, поэтому очень важно знать, как они раевре делены в металле,

В процессе кристаллизации сера, фосфор и углерод неравномерно распределяются по сечению слитка, что сильно влияет на свойства отдельных участков. Это явление называют ликвацией.

Сера приводит к охрупчиванию сталей при высоких температурах. Она образует с железом сульфид железа FeS. В результате возникает легкоплавкое соединение (эвтектика) Fe—FeS с температурой плавления 988 °С. Эвтектика располагается по границам зерен и при горячей обработке давлением расплавляется, что вызывает образование трещин. Данное явление называют красноломкостью.

Фосфор, растворяясь в железе, с понижением температуры увеличивает склонность стали к хрупкости, называемую хладноломкостью.

Сера и фосфор — вредные примеси, поэтому их количество и распределение в сплавах ограничивают и контролируют.

Неравномерного распределения (ликвации) серы определяют методом Баумана. Для этого фотографическую бромсеребряную бумагу на свету смачивают 5%-ным водным раствором серной кислоты, выдерживают 5...10 мин и слегка просушивают между листами фильтровальной бумаги. Затем фотобумагу накладывают на поверхность исследуемого образца и проглаживают для удаления пузырьков воздуха. Фотобумагу на поверхности макрошлифа выдерживают 2...3 мин. При этом сернистые соединения FeS и MnS взаимодействуют с серной кислотой по реакции

FeS + H₂S0₄ = FeS0₄ + H₂S↑.

Выделившийся сероводород вступает в реакцию с бромистым серебром:

2AgBr + H₂S = Ag₂S↓ + 2НВг.

Распределение серы проявляется на фотобумаге в виде темно-коричневых пятен сернистого серебра Ag₂S (рис. 5 ). Чтобы закрепить отпечаток, фотобумагу после снятия с поверхности макрошлифа помещают в 25%-ный водный раствор гипосульфита на 10... 15 мин, затем промывают водой и сушат.

Рис.5. Ликвация серы по сечению рельса

.

Поиск по сайту: