7. Теоретические сведения. Дендриты. При затвердевании стали перпендикулярно внеш­ней поверхности (рис. 3.1) образуются дендритные (древовид­ные – елочные) кристаллы, бедные углеродом и фосфо­ром, остальная же масса  обогащается последними. Фо­тографии ст

7. Теоретические сведения

При макроанализе применяют два метода исследований: метод изломов и метод макрошлифов.

Метод изломов позволяет установить характер предшествующей обработки металлов давлением, величину зерен, виды чугунов, дефекты внутреннего строения (поры, трещины и др. ). Изучение изломов производят  визуально или с  пользованием лупы 10…30-ти кратного увеличения Исследование излома является очень простым и широко распространенным испытанием металла. Излом стали может быть крупно, средне- и мелкозернистым. Чрезвычайно крупнозернистый излом принято называть сахаровидным, а самый мелкозернистый – фарфоровидным. Кроме того, бывают изломы волокнистые, столбчатые и слоистые (шиферные). Излом можно характеризовать по цвету его, – например темный или светлый, а также по степени его однородности.

Сахаровидные, крупнозернистые изломы отвечают или литому, или перегретому металлу, т. е. условиям, способствующим силь­ному росту зерна; мелкозернистые изломы отвечают высокому качеству стали.

Обычно низкоуглеродистая мягкая сталь имеет излом более крупнозернистый, нежели высокоуглеродистая. Большое значе­ние имеет способ получения излома: спокойной нагрузкой, уда­ром или же при усталости; в последнем случае излом очень характерен. В случае местного приложения нагрузки, особенно при ударе надрезанного образца, когда при работе разрушения участвует малый объем стали, излом получается более крупнозернистым.

Метод макрошлифов дает возможность исследовать структуру, образующуюся в процессе кристаллизации или последующей обработки давлением. Этим спосо­бом можно выявить волокнистость, ликвацию серы и фосфора, различного вида дефекты: усадочную рако­вину, газовые пузыри, поры, трещины и др. Макрошлиф приготовляют шлифованием образца. Подготов­ленную поверхность травят соответствующим реактивом для выявления структуры.

Дендриты. При затвердевании стали перпендикулярно внеш­ней поверхности (рис. 3. 1) образуются дендритные (древовид­ные – елочные) кристаллы, бедные углеродом и фосфо­ром, остальная же масса  обогащается последними. Фо­тографии стали, протравленной на дендриты, показана на рис. 3. 1. Эта первичная (дендритная) кри­сталлизация остается и после меха­нической и термической обработки и иногда бывает очень ясно выра­жена. Хорошим реактивом для выявле­ния дендритной структуры является персульфат аммония.

Волокна. При глубоком травлении поверхности шлифа на макроструктуре его появляются во­локна, направление которых соответствует дефор­мации

при прокатке или ковке. Появление волокон обусловливается неоднородностью стали: получившиеся при затвердевании дендриты и нерав­номерное распределение вредных примесей раз­лично поддаются травлению. Одни волокна стойки и очень мало поддаются разъедающему действию кислот, другие, более богатые примесями, разъ­едаются глубоко.      Лучшим реактивом для травления макроструктуры стали, особенно для выявления волокон, является раствор 1 части технической (не химически чистой) соляной кис­лоты в 1 части воды. Этот реактив употребля­ется  подогретым до 80°.

Рисунок 3. 1 – Макроструктура стали, протравленной на дендриты.

При этой температуре реактив действует энергично и не испаряется. Перед травлением образец очищается, нагрева­ется в горячей воде и затем погружается в реак­тив, нагретый до 80°. Время травления опре­деляется практически. После травления образец промывается и сушится. Для предохранения от окисления поверхность покрывается тонким споем вазелина или прозрачного лака.

На рис. 3. 2 приведен пример макроструктуры расположения волокон у шестерен. Изучение на­правления волокон позволяет определить метод производства изделия, например, правильно или нет коленчатый вал от­штампован. Для службы изделия чрезвычайно важно, особенно в опасных сечениях, идут ли волокна вдоль направления действия сил или поперек, если они идут поперек, то может произойти по­ломка.

Рис. 3. 2 Макроструктура правильно откованной шестерни

 

 

 

На практике поломка коленчатых валов, зубьев шестерен, кулаков и пр. зачастую этим и объясняется. В производстве при установлении про­цессов ковки и штамповки чрезвычайно важно знать расположение волокон в макрострук­туре.  Одновременно с выявлением волокон глубокое травление оченьхорошо обнаруживает и всякого рода трещины, даже бывшие до травления незаметными (рис. 3. 3).    

Зоны закалки, цементации . Эти зоны прекрасно обнаружива ются и измеряются по макроструктуре. Лучшим реактивом для выявления закаленных зон является 10°/о водный раствор азотной кислоты.      Зоны цементации и обезуглероживания обычно определя ются по излому или же по шлифу, изготовленному и протравлен ному для исследования под микроскопом. В случае определения глу­бины цементации по излому, его можно протравить 10% рас тво­ром азотной кислоты в воде или еще лучше - нагреть на металлическом листе до появления синего цвета побежалости у твер­дого закаленного слоя.      Микроанализ. Микроанализ применяют дляизучения внутреннего строения металлов и спла­вов на оптическом микроскопе при увеличении от 50 до 1500 раз илина электронном микроскопе при уве­личении порядка 5000... 20000 раз.

Рисунок 3. 3 – Трещины в поковке, обнаруженные глубоким травлением

(Впервые в мире структуру высококачественной стали  исследовал с помощью микроскопа инженер Павел Петрович Аносов в 1831 г. ).

Для проведения микроисследования от изучаемой детали или заготовки отрезают образец, который спе­циально обрабатывают для придания одной из       его  по­верхностей прямолинейности и зеркального блеска. Об­разец, подготовленный к микроанализу, называют ми­крошлифом. На практике приходится изготовлять шли­фы больших размеров (рис. 3. 3, а, б) и малых (рис. 3. 4, б, г).

Рис. 3. 4 Виды металлографических образцов для приготовления микрошлифов:

 

При изготовлении микрошлифов из образца малых а и б – без приспособлений; в и г – в приспособлениях (1 – образец; 2 – трубка; 3 – пластмасса, легкоплавкий сплав или сера; 4 – струбцина), размеров (проволока, стружка, листы и др. ) для их надежного крепления используют специальные струбци­ны (см. рис. 3. 3, г) или заливают образцы легкоплавким сплавом Вуда (50% Bi, 25% РЬ, 12, 5% Sn и 12, 5% Cd) с температурой плавления  68 ⁰С, серой или пласт­массой   (см. рис. 3. 3, в).

Для проведения микроанализа необходимо: изгото­вить шлиф; изучить под микроскопом структуру на по­лированной поверхности шлифа (до травления); про­травить полированную поверхность; изучить под ми­кроскопом структуру протравленной поверхности шлифа.

Изготовление микрошлифа включает следующие операции: отрезку образца, его торцовку, шлифование и полирование.

Отрезка образца нужныхразмеров проводится резцом или ножовкой (при твердости металла НВ< 300) ли дисковым шлифовальным или отрезным кругом (при твердости металла НВ > 300) с охлаждением водой или эмульсией, чтобы образец не нагревался свыше 150° С и его структура не изменялась.

Торцовка шлифа осуществляется с целью придания прямолинейности одной из его поверхностей и прово­дится опиловкой напильником или шлифовальным кругом.

Шлифование необходимо для удаления рисок, оставшихся от торцовки. Это достигается обработкой по­верхности  шлифа шлифовальной бумагой различной зернистости (разных номеров). Шлифовальная бумага отечественного производства имеет следующую нумерацию: 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3 (номер обозначает, пример­яю величину зерна в сотых долях миллиметра). Для предварительного чернового шлифования берут бумагу первых четырех номеров. Заканчивают шлифование бу­магой номерами 5... 3 с мелкими абразивными зерна­ми. Шлифование проводят вручную или на специаль­ном шлифовальном станке. Вручную образец шлифуют так: наждачную бумагу кладут на толстое стекло, за­тем образец (шлиф) прижимают к бумаге и, удержи­вая его тремя пальцами, перемещают по ней в одном направлении, но обязательно перпендикулярно рискам от предыдущей обработки. Этого правила необходимо придерживаться и при переходе с одного номера шли­фовальной бумаги на другой  для удобства наблюдений за выведением рисок и ускорения процесса шлифова­ния.

Полирование проводят на быстровращающемся дис­ке с сукном, которое смачивается водой с взвешенны­ми в ней частицами какого-либо абразива (окись хро­ма или алюминия). Частицы окиси металла весьма тверды, поэтому во время полирования они режут ме­талл образца. Так как эти частицы дисперсные, он спо­собен снимать мельчайшие неровности, делая поверх­ность шлифа зеркального вида, без рисок даже при рассмотрении под микроско­пом. Готовый полированный шлиф последовательно тщательно промывают во­дой, спиртом и сушат, прикладывая (промокая) фильт­ровальную бумагу.

Изучение полированной поверхности шлифа под ми­кроскопом преследует 'цель определить качество изготовления шлифа (отсутствие следов обработки) и устано­вить характер расположения и размеры микроскопи­ческих трещин, неме

таллических включений — графита, сульфидов, оксидов (рис. 3. 5) в металлической основе (имеет светлый вид при рассмотрении под микроско­пом)

         Структуру металлической основы шлифа после по­лирования выявляют травлением его реактивом. Для стали и чугуна чаще всего применяют 2... 5%-ный рас­твор

 

а – оксиды; б – сульфиды; в – графит.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: