МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИТОГО МЕТАЛЛА

На рис. 1.6 показано продольный и поперечный макрошлифы литого металла. Макроструктура слитка состоит из трех зон.

1) мягких кристаллов на поверхности, где имеет место высокая скорость охлаждения 2) столбчатых кристаллов, которые растут нормально к поверхности отвода теплоты 3) равноосных крупных кристаллов в центре слитка, где скорость охлаждения мала.

Рис. 1.6. Характерные зоны слитка:

1 – корка (зона мелких по-разному ориентированных кристаллов);

2 – зона столбчатых кристаллов, растущих в направлении,

обратном направлению теплоотвода;

3 – зона крупных, произвольно ориентированных кристаллов;

4 – усадочная раковина в верхней части слитка.

Первая зона - тонкий слой мелких равноосных кристаллов. Затем идет слой вытянутых, столбчатых кристаллов. В центральной части слитка расположена зона крупных равноосных кристаллов. Наличие трех кристаллических зон в литом металле связано с различной скоростью охлаждения металла при затвердении.

Размер этих зон существенно меняется в зависимости от состава металла и условий кристаллизации.

Аналогичное кристаллическое строение металла существует у любой отливки, меняется лишь соотношение между размерами кристаллических зон.

Обязательным дефектом литого металла является усадочная раковина. При охлаждении и затвердевании объём металла уменьшается. В результате этого в верхней части отливки образуется незаполненное металлом пространство, которое называется усадочной раковиной. В жидком металле может быть много растворенных газов: кислорода, азота, водорода, окиси углерода. При затвердевании газы выделяются из металла и образуют большие и мелкие зоны, заполненные газом - газовые пузыри.

Углерод и вредные примеси в стали: сера и фосфор обладают повышенной склонностью к ликвации. Ликвацией называют неравномерное распределение элементов (в первую очередь примесей) по сечению или объёму затвердевшего металла. В слитке большая часть примесей находится в центральной и верхней областях (рис.1.6). Ликвация, которая возникает при затвердевании металла, сохраняется и в готовых деталях после обработки давлением и резанием. В местах скопления серы и фосфора металл обладает пониженной пластичностью и ударной вязкостью.

Качественную оценку распределения серы в металле можно получить при помощи т.н. метода Баумана. Фотобумагу смачивают в 10% растворе H₂SO₄ в воде, кладут на ровную поверхность слоем эмульсии вверх и на эмульсию ставят готовый макрошлиф. Выдерживают его на бумаге в течение 5 - 10 мин.

Сера присутствует в металле не в чистом виде, а в виде сульфидов железа или марганца. В результате на поверхности металла проходят реакции:

FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S,

MnS + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂S.

Образующийся сероводород взаимодействует с бромистым серебром, входящим в состав фотобумаги: H₂S + 2AgBr = Ag₂S + 2НВг. Сульфид серебро имеет коричневый цвет. Отпечаток промывают в воде, фиксируют 20 - 30 мин. в растворе гипосульфида, вновь промывают и сушат. По образующимся на фотобумаге темным участкам можно судить о характере распределения серы в исследуемой стали (или чугуне).

МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛА,
ОБРАБОТАННОГО ДАВЛЕНИЕМ

Литой металл имеет пониженную плотность и прочность из-за наличия дефектов. Для повышения плотности и улучшения механических свойств литой металл подвергают горячей обработке давлением: прокатке, ковке, штамповке.

При обработке давлением металл нагревают до высокой температуры, когда повышается его пластичность и способность к деформации. В процессе деформации кристаллы (зерна) и неметаллические включения (сульфиды, окислы) размельчаются и вытягиваются вдоль направления деформации. Такая структура имеет вид вытянутых волокон, её называют волокнистой структурой.

После обработки давлением механические свойства вдоль волокон выше, чем в поперечном направлении, т.е. возникает явление анизотропии. Поэтому при создании детали необходимо учитывать способ изготовления материала. При этом важно, чтобы волокна в детали повторили её геометрию (конфигурацию) (рис. 1.7). Тогда повысится прочность детали и срок ее службы.

Рис. 1.7. Макроструктура шестерни:
1 - кованной (с правильным расположением волокон);
2 - полученной резанием из прокатанного металла
(неправильное расположение волокон)

Вывод: Волокнистую структуру, соответствующую профилю изделия или направлению наибольших напряжений, используют в деталях, работающих при динамических, циклических нагрузках с высоким напряженным состоянием (шестерни, коленчатые валы, шатуны).

Возможным дефектом металла, обработанного давлением, являются флокены - внутренние трещины в металле в виде серебристо-белых пятен (в изломе) или волосовин (в поперечном сечении) диаметром до 40 мм (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Флокены в поперечном сечении металла

Флокены возникают при наличии в жидкой стали растворённого водорода, они образуются в процессе охлаждения металла после обработки давлением. При охлаждении водород выделяется и создаёт в пустотах (порах) металла высокое давление, которое разрушает металл. Флокены являются недопустимым дефектом металла.

Поиск по сайту: