Лабораторная работа №2 на тему: "Металлографический метод исследования"

Ответы:

1) Макроанализом (макроскопическим анализом) называется изучение структуры металла или сплава невооруженным глазом или с помощью лупы при небольшом увеличении (до 30 раз).

Микроанализ - изучение строения и пороков металла с помощью микроскопа,т.е. при больших увеличениях .  Исследованию подвергают специально приготовленные микрошлифы.  2) С помощью макроанализа можно определить:

1. Нарушение сплошности металла: усадочную рыхлость, газовые пузыри и раковины, пустоты, образовавшиеся в литом металле, трещины, возникшие при горячей механической или термической обработке, флокены, дефекты сварки (в виде непровара, газовых пузырей, пустот);

2. Дендритное строение и зону транскристаллизации в литом металле;

3. Химическую неоднородность сплава (ликвацию);

4. Неоднородность строения сплава, вызванную обработкой давлением: полосчатость, а также линии скольжения (сдвигов) в наклепанном металле;

5. Неоднородность, созданную термической или химико-термической обработкой.

3) Оптическая система микроскопа состоит из основных элементов — объектива и окуляра. Они закреплены в подвижном тубусе, расположенном на металлическом основании, на котором имеется предметный столик. Увеличение оптического микроскопа без дополнительных линз между объективом и окуляром равно произведению их увеличений.

4) Микроанализ позволяет определить форму и размер кристаллических зерен в металле, выявлять микропороки неметаллические включения, определять химический состав некоторых структурных составляющих по их характерной форме и т.д.

5) Таким образом, микроскопический анализ состоит: из приготовления микрошлифа и исследования микрошлифа с помощью металлографического микроскопа.

Приготовление микрошлифов

Вырезка. Вырезка образца из детали обычно производится механическим способом в необходимом для исследования месте, не допуская разогрева и пластической деформации, которые могут из­менить структуру металла.

Шлифование. Исследуемая плоскость образца шлифуется сначала на шлифовальном круге, затем шлифовальной бумагой раз­ных номеров с последовательно уменьшающимися размером абра­зивных зерен вручную или на вращающихся плоских дисках. При переходе на более мелкозернистую бумагу шлиф каждый раз пово­рачивают 90° вокруг оси и шлифуют до исчезновения поперечных рисок. От остатков абразива шлиф очищают промывкой водой.

Полировка. До зеркального блеска шлиф полируется на бархате или сукне, на которые наносят окись хрома или алюминия, поддерживая достаточную влажность. После полировки шлиф про­мывают в воде, а затем в этиловом спирте, чтобы предупредить окисление поверхности. Более совершенным методом является элек­тролитическое полирование. Под действием электрического тока вы­ступы на шлифуемой поверхности растворяются, и она постепенно становится зеркальной.

Травление. Травление шлифов производится для выявления структуры, т.к. На нетравленом шлифе видны только поры, трещи­ны и неметаллические включения.

Для травления стали и чугуна наиболее часто применяется 3…5%-ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте. Продолжи­тельность травления 10...20 с. Затем шлиф тщательно промывается спиртом и сушится фильтровальной бумагой.

При травлении границы зерен и сами зерна, имеющие различ­ную кристаллографическую ориентировку или фазовый состав, рас­творяются под действием реактива неодинаково.

Сильнее протравившиеся зерна имеют шероховатую поверх­ность и при отражении в большей степени рассеивают световые лу­чи. Поэтому под микроскопом одни зерна выглядят более темными, другие - более светлыми. Границы зерен обладают повышенной энергией, так как являются дефектами кристалла с неправильной упаковкой атомов, растравливаются сильнее самих зерен, и поэтому под микроскопом кажутся темными линиями.

После травления поверхность шлифа имеет сложный микро­рельеф, который характеризует строение металла.

6) К железоуглеродистым сплавам относят стали и чугуны. Основными элементами, от которых зависят структура и свойства сталей и чугунов, являются железо и углерод. Железо с углеродом образует твердые растворы внедрения и химическое соединение; a–железо растворяет очень мало углерода (до 0,02 % при 727 °С). Твердый раствор углерода и других элементов в a-железе называется ферритом. Феррит имеет низкую твердость и прочность: НВ 80; s_B=250 МПа (25 кгс/мм²) и высокую пластичность (Q=50 %). g-железо растворяет значительно большее количество углерода – до 2,14 % при 1147 °С. Твердый раствор углерода и других элементов в g-железе называется аустенитом. В железоуглеродистых сплавах он может существовать только при высоких температурах. Аустенит пластичен, твердость его НВ 160–200, Q=40¸50 %. Железо с углеродом также образует химическое соединение Fe₃C, называемое цементитом или карбидом железа. В цементите содержится 6,67 % С; он имеет высокую твердость (~НВ 800), но чрезвычайно низкую, практически нулевую пластичность.

7) Прежде всего, сплавы рассматриваемой системы подразделяются на стали и чугуны. К сталям относят сплавы, содержащие до 2 % углерода, к чугунам – сплавы, содержащие 2 и более % углерода. Чугуны, содержащие около 4,3 % углерода, называют эвтектическими, от 2-х до 4,3% – доэвтектическими и более 4,3% углерода – заэвтектическими.

8)Для перлитного зерна обычно применяется 3-5% раствор азотной кислоты, в спирте растравливают только границы между ними.

9) В доэвтектоидных сталях массовая доля углерода определяется по формуле:

,

где F_n – площадь поля зрения микроскопа, занимаемая перлитом, %; 0,8 – % С в перлите.

Решение задач:

№1

1) Холодный излом;

2) Причина разрушения - нагрузка.

1)Усталый излом;

2)Большая нагрузка и долгая эксплуатация.

№2

1)Причины: примесь будет влиять на зернистость. Перегрев.

№3

1) Сера, фосфор.

2) Попадают в металл при производстве.

3)Ухудшают металлические свойства.

4) Раскислить неметаллические включения.

№4

1) а)плачтинчатая; б) зернистая.

2) а) высокая скорость охлаждения, штамповка; б)термическая обработка.

3) Выявляется микроскопом, микро- имакроанализ.

№5

1) Шовная зона мелкозернистая, около шовная зона крупнозернистая.

2) Крупнозернистая структура получается за счет не соблюдения местоотвода.

№6

1)Пористость образуется за счет попадания кислорода или различных газов.

2) Способы предупреждения образования пористости: Не заливать в земляную форму.

№7

1. Макроструктура стального слитка.

1) Слой мелкообразных кристаллов.

2) Область столбчатых кристаллов.

3) Равные дендриты.

2. Зонная ликвация.

Количество примесей увеличивается в направлении от поверхности слитка, к тому месту в прибыльной его части, первичный металл дольше всего остается в жидком состоянии, здесь образована зона наиболее богатая примесями.

Вывод: В результате макроанализа образцов были выявлены поверхностные дефекты, а также определены виды изломов анализируемых образцов. Посредством микроанализа на микроскопе МИМ-8 были исследованы структуры образцов. Исследования показали, что металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, различные по размерам и формам зерна и их ориентация, а также границы зерен и дефекты в виде трещин, царапин, пустот, пор, рыхлот.

Нами получены умения определять (ориентируясь на снимки, схемы и рисунки) фазовый состав, примерное содержание углерода, а также вид сплава (сталь или чугун). В чугунах были выявлены включения графита (червеобразные, шаровидные, хлопьевидные), что составляет их отличительную особенность от структуры сталей и положено в основу классификации.