Теоретическое обоснование

Металлографический анализ проводится с целью изучения влияния химического состава и различных видов обработки на структуру металла.

Различают макро- и микроструктуру. Соответственно, металлографический анализ подразделяется на макроанализ и микроанализ.

Макроструктура – это строение металла, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении (до 30 крат).

Микроструктура – это строение металла или сплава, видимое при больших увеличениях (более 50 крат) с помощью микроскопа.

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.

Макроструктурой называется строение металла или сплава, видимое невооруженным глазом или при небольших увеличениях (~ до 30 раз).

Не выявляя подробностей строения, макроанализ позволяет определить участки металла, требующие дальнейшего микроскопического исследования. Макроанализом можно определить:

1. Нарушения сплошности металла: центральную пористость, свищи, подкорковые пузыри, трещины, непровары и газовые пузыри при сварке;

2. Дендритное строение, размеры и ориентацию зерен в литом состоянии (рис. 1.1);

3. Химическую неоднородность литого металла – ликвацию (исследуется макрошлиф);

4. Волокнистое строение деформированного металла;

5. Вид излома: вязкий, хрупкий, нафталинистый, камневидный и т.д.;

6. Глубину слоя после химико-термической обработки (исследуется излом).

Макроанализ проводят на продольных и поперечных макрошлифах (темплетах) и изломах. Для успешного выполнения макроанализа необходим выбор наиболее характерного для изучаемого изделия сечения или излома. Вырезанные темплеты подвергают механической обработке, химическому травлению и исследованию. Макроскопический анализ проводится тремя способами:

- осмотром поверхности детали или металла;

- изучением изломов (изломом называют поверхность разрушенных
(при эксплуатации или специально)) образцов или деталей;

- изучением специально подготовленных образцов - макрошлифов.

Рис.1.1. Схема дендрита по Чернову Д.К.

Исследование поверхности детали или заготовки проводят редко, так как этот способ макроанализа малоинформативен. На поверхности можно увидеть трещины или дефект металлургического производства.

Исследование изломов (фрактография) - один из распространенных способов анализа металлов. На изломе можно наблюдать трещины, газовые и усадочные раковины, шлаковые включения, глубину поверхностной термиче­ской обработки: незакаленная зона внешне отличается от закаленной. По строению излома можно сделать вывод о причинах поломки детали, о качестве термической обработки, о хрупком или вязком состоянии металла.

Вязкое состояние металла характеризуется матовым волокнистым из­ломом, который образуется в результате предшествующей разрушению зна­чительной пластической деформации (рис 1.2, а).

а) вязкий б) хрупкий

Рис. 1.3. Виды изломов

Хрупкое состояние металла отличает кристаллический (зернистый) излом, образующийся в результате отрыва одной части от другой по кристаллографической плоскости без предварительной пластической деформации. Хрупкий излом имеет блестящую поверхность (рис 1.3, б).

Хрупкое и вязкое разрушение происходит в результате однократного превышения предела прочности металла (s_в).

Вязкое или хрупкое состояние металлического материала зависит от хи­мического состава, внутреннего строения, действующих напряжений и темпе­ратуры эксплуатации. Вязкое состояние свидетельствует о хороших свойствах материала, а хрупкое - о его ненадежности.

Особое место занимает разрушение металла в результате усталости. Усталостью называют распространенное в практике разрушение металла под действием длительных повторно-переменных напряжений, меньших предела текучести (s_s). Считается, что большая часть разрушений при эксплуатации является следствием усталости металла.

Рис. 1.4. Схема усталостного излома:

1 - очаг зарождения трещины;

2 - зона медленного развития трещины;

3 - зона долома.

Усталостный излом состоит из трех зон (рис. 1.4 и 1.5):

1. Очаг разрушения - место зарождения разрушения из-за наличия какого-либо концентратора напряжений.

2. Участок распространения или развития усталостной трещины.

3. Зона долома (имеет хрупкий или вязкий излом, характерный для данного материала, разрушенного в результате однократного нагружения).

Рис. 1.5. Усталостный излом

Наибольшая информация при макроскопическом анализе может быть получена в процессе исследования поверхности макрошлифов. Макрошлиф представляет собой пластину толщиной 15 - 30 мм, которую вырезают в том месте, где нужно исследовать металл. В некоторых случаях макрошлиф готовят из целой детали или её части. С одной стороны пластину (деталь) обрабатывают на станке до получения ровной поверхности, а затем шлифуют наждачной бумагой или абразивным камнем. Для выявления макроструктуры проводят травление, используя концентрированные растворы кислот (холодных или горячих). Время травления 10 - 60 мин.

Анализ макрошлифов дает возможность получить достаточно полное представление о качестве металла. Анализом макрошлифов можно обнаружить:

1. Дефекты литого металла.

2. Дефекты металла после обработки давлением.

3. Дефекты металла после сварки.

Поиск по сайту: