2.7.5 Объяснить наличие зональной ликвации в строении стального слитка.

17

3 Макроструктурный и микроструктурный методы исследования металлов и сплавов (Практическая работа)

3.1 Цель работы

Освоить методику макро и микроструктурного анализов. Изучить устройство микроскопа, правила работы на нем.

3.2 Задание

3.2.1 Изучить справочные данные. Ознакомиться с устройством и порядком рабо-ты на микроскопе МИМ–7.

3.2.2 Провести эксперимент.

3.2.3 Написать отчёт.

3.3 Оборудование и материалы на рабочем месте

3.3.1 Микроскоп МИМ–7.

3.3.2 Лупы х 20.

3.3.3 Образцы изломов.

3.3.4 5%–й водный раствор серной кислоты.

3.3.5 4%–й спиртовой раствор азотной кислоты.

3.3.6 Фотобумага, шлифовальная шкурка, фильтровальная бумага.

3.3 План выполнения работы

3.4.1 Описать назначение и область применения микроанализа.

3.4.2 Зарисовать и описать схему хрупкого, вязкого и усталостного изломов.

3.4.3 Описать методику определения ликвации серы по Бауману.

3.4.4 Описать методику приготовления микрошлифа.

3.4.5 По заданию преподавателя определить вид излома различных деталей. Зари-совать изломы и дать объяснение.

3.4.6 Изобразить схематично структуры кованого и литого металла. Дать объяс-

нение.

3.4.7 Рассмотреть макрошлифы сварного шва, описать их, изобразить схематично зоны, определить качество шва.

3.4.8 Рассмотреть макрошлифы закалённой стали и образцы после цементации.

Описать их. Осмотром макрошлифа выявить:

а) пористость, усадочные раковины;

б) неоднородность металла, вызванную обработкой давлением;

в) структурную неоднородность металлов, созданную термической или химико– термической обработкой.

18

3.4.9 Определить ликвацию серы по методу Баумана. Зарисовать схему макро-шлифа.

3.4.10. Используя готовые микрошлифы, рассмотреть их под микроскопом. Уви-денные структуры зарисовать.

3.5 Справочные данные

Макроанализ – исследование структуры металлов и сплавов невооруженным гла-зом или при помощи лупы с увеличением до 30 раз. При макроанализе можно наблюдать обширную поверхность детали, он дает возможность выявить строение металла, судить о его качестве.

Макростроение можно изучить: 1 – по виду излома; 2 – по макрошлифу. Используя метод макроанализа, можно проконтролировать качество выпускаемой

продукции литых, штампованных, кованых, сварных деталей. Макроанализ позволяет определить причину поломки деталей.

Макроанализ по виду излома

По внешнему виду излома (визуальное наблюдение) можно судить о величине зерна, о причине и характере разрушения, о качестве термической, химико–термической обработки. По виду излома устанавливают характер разрушения, которое может быть хрупким, вязким, усталостным.

Хрупкий излом имеет кристаллическое строение. Обычно на хрупком изломе можно видеть форму и размер зерен металла, т.к. хрупкое разрушение происходит без значительной пластической деформации, и зёрна при разрушении металла не искажают-ся. При хрупком изломе разрушение может проходить по границам зерен (межкристал-лический) или по зёрнам металла (транскристаллический излом). При хрупком разруше-нии излом светлый, блестящий. Отожженная углеродистая сталь имеет крупнозернистый излом со сравнительно ровными краями. Легированная сталь обычно имеет мелкое зер-но, излом по форме приближается к излому чашечкой (рисунок 3.1 а).

Закаленная на мартенсит сталь имеет ровный излом. Зерно невооруженным гла-зом различить трудно. Цвет излома – серый. Перегрев при закалке увеличивает размер зерна, это видно на изломах деталей, нагретых до разных температур. Вид излома зави-сит от прокаливаемости стали. В закаленном поверхностном слое излом получается мел-козернистым, а в сердцевине – крупнозернистым.

Рисунок 3.1 – Схема изломов: а – хрупкого; б – вязкого

19

Процесс разрушения состоит из двух стадий: 1) зарождение трещины, 2) её рас-пространение через сечение детали.

Для хрупкого излома характерна острая трещина, для вязкого – тупая, раскры-вающаяся. Скорость распространения хрупкой трещины велика, она близка к скорости звука, поэтому хрупкое разрушение называют внезапным или "катастрофическим".

Вязкий излом. При вязком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины, велика. Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распространения трещины и сопровождается значительной пластической деформацией. Форма и размер зерен искажаются, структура приобретает волокнистое строение, излом имеет матовый цвет (рисунок 3.1 б).

Усталостный излом характерен для деталей, работающих в условиях знакопере-менных нагрузок (пружины, валы и т.д.). Постепенное накопление повреждений в ме-талле под действием циклических нагрузок, приводящее к образованию трещин, назы-вают усталостью.

При усталостном разрушении излом состоит из двух зон. Первая зона 2 (рисунок 3.2) – зона усталости, имеет гладкую притертую (блестящую) поверхность. На начальной стадии появляется большое количество трещин. Одна из них становится очагом зарожде-ния 1 усталостной трещины, которая образует глубокий и острый надрез в детали. В из-ломе 2 можно видеть полосы, бороздки, отражающие последовательное положение тре-щины, которая развивается, как вязкая.

Рисунок 3.2 – Излом при усталостном разрушении

Рост трещины продолжается до тех пор, пока сечение не станет таким небольшим (зона долома 3), что произойдет разрушение. Зона долома имеет структуру хрупкого или вязкого разрушения в зависимости от свойств материала.

Причиной усталостного излома может быть заводской брак.