12.3. Металлографический анализ

Металлографический анализ следует производить в следующих случаях:

• при изменении характеристик твердости и механических свойств;

• - при необходимости уточнения характера дефектов, выявленных при контроле неразрушающими методами.

Металлографический анализ выполняется путем приготовления микрошлифа непосредственно на сосуде, травления, снятия с него полистирольной реплики и последующего осмотра и фотографирования структуры со снятой репликой оптическим микроскопом с разрешающей способностью до х400

При технической возможности вырезки образцов из сосуда металлографический анализ производится на микрошлифах, изготовленных из этих образцов.

Результаты металлографического анализа оформляются в виде заключения, подписываемого специалистами организации, проводящей диагностирование сосудов.

Целью металлографического анализа является изучение строения металла. Строение металла, наблюдаемое невооруженным глазом или при небольшом увеличении, называется макроструктурой. По макроструктуре металла судят:

- о характере кристаллизации, величине и направленности зерен,

- о степени развитости зональной или межкристаллитной неоднородности (ликвации),

- о характере расположения в отливке усадочных раковин, усадочной и ликвационной рыхлости,

- о степени поражения металла газовой пористостью, шлако­выми включениями, окисными пленками значительной величины, усадочными трещинами, флокенами,

- об изменении структуры в направлении волокон, о характере и режиме термической обработки (по виду излома).

С помощью макроисследования можно обнаружить и вскрыть природу (металлургическую, технологическую) дефекта. Поэтому, когда требуется установить причину дефекта, обнаруженного другими косвенным методами (например, неразрушающими), применяют металлографический метод исследования.

В ГОСТ 10243-82 рассмотрены методы испытаний и оценки макроструктуры кованных и катанных углеродистых, легированных и высоколегированных сталей. Стандарт устанавливает эталонные шкалы для оценки макроструктуры, классификацию дефектов макроструктуры. Макроструктуру металла контролируют протравливанием специально подготовленных образцов. Метод основан на различии в травимости бездефектного металла и участков с наличием пор, ликвации, неоднородности структуры и других дефектов. Другой способ основан на исследовании излома образцов с различным разрушением участков металла с пористостью, флокенами, перегревом, сколами и без них. Оценку производят визуально осмотром или при небольшом увеличении.

Определение величины зерна в цветных металлах установлено в ГОСТ 21073.0-84 - ГОСТ 21703.4-84. Методы контроля и оценки макроструктуры жаропрочных сталей рассмотрены в ГОСТ 22836-84.

Строение металла, наблюдаемое при увеличении в 30-1500 раз при пользовании оптическим микроскопом (а с помощью электронного микроскопа (ГОСТ 21006-75 "Микроскопы электронные") - в 15000-30000 раз) называют микроструктурой.

По микроструктуре судят о следующих свойствах:

- загрязненности металла неметаллическими включениями и наличии микропор,

- величине зерна,

- полноте закалки и степени отпуска,

- о микронеоднородности сплавов (полосчатости),

- о глубине цементированного или модифицированного другими способами поверхностного слоя металла,

- концентрации углерода в поверхностном слое, характере и глубине обезуглероживания,

- качестве и режиме горячей обработки,

- степени деформации зерна в результате холодной обработки,

- деталях строения микрозерна,

- межкристаллитной коррозии.

Микроструктуру исследуют по микрошлифу материала, подготовленного для этого определенной обработкой: шлифо­ванием, полированием, травлением. ГОСТ 5640-68 устанавливает порядок отбора образцов, изготовления шлифов, металлогра­фический метод оценки структурно-свободного цемента, перлита, полосчатости и видманштеттовой структуры в листах и лентах из малоуглеродистой и углеродистой стали.

Металлографические методы выявления и определения величины зерна сталей и сплавов установлены ГОСТ 5639-87. С помощью этих методов определяют: величину действительного зерна, склонность зерна к росту, кинематику роста зерен.

ГОСТ 8233-56 устанавливает шкалы основных элементов структуры стали: перлита, мартенсита, нитридов и карбидов. Оценку микроструктуры проводят на образцах площадью 0,5-1 см² с помощью микроскопа. Количество образцов и место их вырезки, в зависимости от назначения объекта, должно быть оговорено в соответствующих технических условиях по диагностике.

Установлена балльная оценка структуры в зависимости от размеров зерен и содержания.

ГОСТ 1778-84 устанавливает металлографические методы определения загрязненности сплавов неметаллическими включени­ями. Неметаллические включения определяют сравнением с эталонными шкалами, подсчетом количества и объемного процента включений, линейным подсчетом включений.

Терминологию и определение дефектов в отливках из чугуна и стали, устанавливает ГОСТ 19200-80; масштабы изображения на фотоснимках при металлографических методах исследования - ГОСТ 25536-82.

Металлографическое исследование металла действующего оборудования в полевых условиях производит с помощью переносных микроскопов, путем отбора и последующего исследования в лаборатории малых проб, методом оттисков (слепков) с поверхности.

Безобразцовый метод исследования микроструктуры с помощью полистирольных оттисков рекомендован для проведения исследований на действующих объектах. При исследовании оттиска устанавливают:

- характер зерна,

- величину зерна,

- характер распределения карбидов,

- степень сфероидизации перлита,

- состояние межзеренных границ,

- наличие повреждений типа водородной коррозии и т.п.

Метод исследования и подготовка поверхности объекта регламентированы ведомственными инструкциями (например, "Инструкция по техническому освидетельствованию сосудов, работающих под давлением на предприятиях "АГРОХИМ", РИ-001-08-91. Согл. с Госгортехнадзором СССР 25.11.91.).

В практике металлографических исследований в полевых условиях на предприятиях РАО Газпром применяют металлографический комплекс, выпускаемый фирмой Struers (Дания), в состав которого входят средства подготовки поверхности (портативный прибор для электролитической полировки и травления электропроводящих материалов), портативный микроскоп с автономной подсветкой, набор оттисков.

Для лабораторного исследования металлов находит применение рентгеновский метод, основанный на способности атомных плоскостей кристаллов отражать по определенному закону направленные на поверхность рентгеновские лучи. (ГОСТ 16865-79. Аппаратура для рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов. Термины и определения.).