Определение химической неоднородности стали

Химическая неоднородность стали изучается методами по­верхностного травления и отпечатков.

Выявления ликвации фосфора, на­ряду с описанным выше реактивом Гейна,осуществляют реактивами Обергоффера и Стэда.

Реактив Обергоффера (3 мл НС1; 0,2г СиС1₂·2Н₂О; 3гFеС1₃; 0,1г SnCl₂; 10мл спир­та; 100 мл воды) обеспечивает медленное и равномерное формирование картины трав­ления. Темплет подвергают травлению после тщательного шлифования, полирования и суш­ки. Обогащенные фосфором места остаются гладкими, в то время как обедненные им ста­новятся шероховатыми из-за образования на них тонкой медной пленки. Контрастность выявления макроструктуры можно повысить, используя многократное промежуточное по­лирование и повторное травление.

При травлении реактивом Стэда (5 мл НС1; 25г СиС1₂ ·2Н₂О; 20г MgCl₂; 500мл спирта;100 мл воды) несколько капель реактива на­носят на поверхность шлифа и примерно че­рез 1 мин сливают. Этот процесс повторяют до достижения желаемой степени вытравли­вания структуры. Образование медного слоя на поверхности темплета начинается на сво­бодных от фосфора участках и постепенно рас­пространяется на участки феррита с незна­чительным содержанием фосфора. В резуль­тате длительного травления только участки с высоким содержанием фосфора остаются без медного покрытия.

Распределение серы определяют методом серного отпечатка (метод Баумана). Поверхность макрошлифа обраба­тывают на шлифовальных шкурках № 12 и 8 и протирают тампоном, смоченным в спирте, для удаления загрязне­ний. При снятии отпечатков с высокосерни­стых (автоматных) сталей макрошлифы пред­варительно протирают тампоном, смоченным в 2—5 %-ном растворе H₂SO₄, удаляя при этом продукты первичной реакции.

Отпечатки снимают на бромсеребряную фо­тобумагу, соответствующую размерам темпле­та. Листы фо­тобумаги выдерживают 5÷8 мин на свету в 2—5 %-ном водном растворе серной кислоты, слегка просушивают между листами фильтро­вальной бумаги и накладывают эмульсионной стороной на поверхность макрошлифа. С об­ратной стороны фотобумагу непрерывно про­глаживают резиновым валиком или тампоном; не допуская ее смещения, до полного удале­ния пузырьков газа, образующихся при реак­ции. Отпечатки снимают при температуре око­ло 20°С в течение 3÷15 мин в зависимости от легирования стали и содержания в ней серы.

Сернистые включения (FeS, MnS), имею­щиеся в поверхностных участках метал­ла, реагируют с серной кислотой, оставшей­ся на фотобумаге: MnS (FeS) +H₂SO₄ ® H ₂S+ MnSO₄ (FeSO₄)

Образующийся сероводород непосредствен­но против очагов выделения воздействует на кристаллики бромистого серебра фото­эмульсии: H₂S+2AgBr ® Ag₂S+2HBr.

Темные участки сернистого серебра, обра­зующиеся на фотобумаге, показывают форму и характер распределения сульфидов. Отпечаток считается готовым при потемне­нии фотобумаги от светло-коричневого (на ле­гированной стали) до темно-коричневого цвета (на углеродистой стали с повышенным содержанием серы, а также фосфора). Сня­тую с микрошлифа фотобумагу промывают в проточной воде и обрабатывают фиксажем в течение 20—30 мин, после чего снова про­мывают 10 мин в воде и просуши­вают.

Если в стали и чугуне содержится повышен­ное количество фосфора, то он в отдельных участках из-за значительной ликвации может также участвовать в реакции с бромистым се­ребром, образуя фосфиды серебра темного цвета;

Присутствие свинца в стали и его скоп­ления выявляют методом Брэгга. Подготовленный макрошлиф опус­кают в 10 %-ный раствор надсернокислого аммония, выдерживают до получения серой окраски, промывают в проточной воде до уда­ления серого налета и высушивают. Бромсеребряную фотобумагу обрабатывают для удаления солей серебра фиксажем в течение 7÷10 мин, промывают в проточной воде и высушивают. Затем фотобумагу замачивают в течение 5÷7 мин в 5 %-ном водном раство­ре едкого натра, слегка просушивают фильтро­вальной бумагой и накладывают эмульсион­ной стороной на образец. Протиркой ватным тампоном в течение 5 мин обеспечивают плот­ный контакт фотобумаги с поверхностью об­разца.

Готовый отпечаток погружают на 10÷15с в 5 %-ный раствор сульфида натрия, промы­вают и высушивают. При наличии в стали свинца отпечаток приобретает светло-коричне­вый цвет с темными пятнами в местах ликва­ции. При отсутствии свинца цвет бумаги не изменяется.

Полученные отпечатки оценивают сравнени­ем с внутризаводскими эталонами; проводят описание наблюдаемого распределения серы или свинца.

На рис. 1-5 представлены отпечатки макроструктуры рельсов в поперечном сечении, а также сварные швы, выполненные методом Баумана.

Рис. 3 Макроструктура сварочного шва, Х 0,8. Сварка удовлетворительная.

Травление: 5% раствор азотной кислоты.

Рис. 4 Макроструктура сварочного шва, Х 0,8.Сварка неудовлетворительная.

Рис. 5 Макроструктура образцов листовой стали, Х 0,4.

а) закатанное газовое включение;

б) закатанное силикатное включение.

5. Определение неоднородности в структу­ре,

созданной термической и химико-термичес­кой обработкой.

Толщину закаленного слоя устанавливают по виду излома: он бо­лее мелкозернистый, а при закалке без пере­грева - фарфоровидный. Чтобы более точно ус­тановить толщину этого слоя, образец шли­фуют по излому (перпендикулярно оси) и травят в течение 3 мин в 50 %-ном растворе соляной кислоты при 80^оС. Закаленный слой приобретает более темную окраску.

Наружный цементованный и зака­лившийся слой также имеет в изломе более мелкое зерно, а при цементации и закалке без перегрева матовый фарфоровидный (шел­ковистый). По толщине этого слоя судят о глубине цементации.

Более точно толщину цементованного слоя можно определить шлифованием места изло­ма (перпендикулярно оси) и травлением в реактиве состава:

2г СиС1₂·2Н₂О и 1мл НС1 на 100 мл спирта в течение 1÷2 мин. Мягкая нецементованная сердцевина покры­вается красноватым налетом меди вследствие вытеснения ее железом из реактива, а цемен­тованный слой остается нетронутым.

Обезуглероженный слой в изло­ме прутков поперек волокна отличается свет­лой крупнозернистой структурой.

При необходимости полного макроскопического ис­следования, а также определения нарушений сплошности металла и дефектов строения, це­лесообразно придерживаться следующей по­следовательности: сначала травить образец ре­активом поверхностного травления, затем сно­ва шлифовать и определять распределение серы по отпечатку на фотобумаге, после чего производить глубокое травление для опре­деления нарушений сплошности.

Контрольные вопросы

1. Какие задачи решаются методами макроскопического анализа?

2. Как выявляется волокнистость деформированного металла и дендритное строение литого металла?

3. Как выявляются мелкие трещины и мелкие поры?

4. Как выявляется зональная ликвация серы и фосфора?

Литература

1. Б.Н. Арзамасов Материаловедение. М.Машиностроение,2005,.383 с

2. Р.Циммерман,К.Гюнтер Металлургия и материаловедение.Справочник М.Металлургия,1992, 478с.

3. А.П. Гуляев Металловедение. М.Металлургия,1997, 646 с.

Содержание работы

1. Каждый студент или бригада из 2-3 студентов получают 3 образца- темплет, вырезанный из проката или разрезанная поковка, образец разреза сварного шва и образец продольного разреза верхней части стального или чугунного литника.

2. Макрошлифы шлифуются на шлифовальной шкурке, уложенной на толстое стекло или ровную металлическую плиту.

3. Подбирается метод исследования в зависимости от поставленной задачи, выявляются макроструктуры горячедеформированного металла, сварного шва, ликвации серы и фосфора на макрошлифе литника.

4. Результаты зарисовываются в лабораторную тетрадь, рисунки описываются и анализируются.

Содержание отчета

1. Цель работы - ознакомление с методами макроанализа металлов.

2. Описание методов выявление пор, трещин, рыхлости, дендритного строения, волокнистости, ликвации серы и фосфора.

3. Описание хода работы.

4. Рисунки, отпечатки макрошлифов и их описание.

5. Анализ результатов исследования

Поиск по сайту: