Методы исследования структуры материалов

Экспериментальные исследования структуры материалов необходимы для установления взаимосвязи между свойствами и строением материалов, как при создании новых материалов, так и для понимания процессов, происходящих в материалах в процессе производства и эксплуатации изделий. Методы исследования всегда играли решающую роль в формировании наших знаний о внутреннем строении материалов, поскольку материаловедение имеет преимущественно экспериментальный характер. Возможности используемых методик и аппаратуры во многом определяют глубину и правильность представлений о структуре и превращениях в материалах при внешних воздействиях: температуре, нагрузке, времени, агрессивных средах и т.п. Для современного материаловедения характерно применение комплекса методов исследования при решении технологических задач, связанных с обеспечением определенного уровня свойств материала. Обоснованный выбор методов исследования способствует успешному решению поставленной задачи.

Металлографические методы Макроскопический анализ

Макроструктуру металла изучают путем просмотра поверхности или изломов невооруженным глазом или при небольших увеличениях — до 30 раз. Макроскопический анализ необходим при исследовании:

1. вида изломов;

2. нарушений сплошности (трещины, поры);

3. дендритного строения;

4. химической неоднородности (ликвации, включения);

5. волокнистой структуры деформированного металла;

6. неоднородностей, созданных химической и термической обработкой.

Макроанализ проводят на продольных и поперечных макрошлифах (темплетах). В качестве методов макроанализа используют поверхностное травление, глубокое травление и метод отпечатков. При необходимости полного макроскопического исследования целесообразно придерживаться следующей последовательности: сначала использовать поверхностное травление, затем снова шлифовать и определять распределение ликваций (например, серы) по отпечатку на фотобумаге, после чего производить глубокое травление для определения нарушения сплошности. Поверхностное травление хорошо выявляет крупную пористость, строение сварных соединений, наличие ликваций. Для поверхностного травления широко применяется реактив Гейна, содержащий на 1000 мл воды 53 г хлорида аммония и 85 г хлорида меди. После погружения стального образца в реактив на 30—60 с, при последующем осмотре выявляются дефектные участки поверхности образца. Для сплавов меди, никеля и алюминия применяются другие реактивы. Для определения ликвации серы используется метод серного отпечатка (метод Баумана): бромосеребряная бумага, смоченная 2—5 % раствором серной кислоты, накладывается эмульсионной стороной на чистую поверхность макрошлифа и выдерживается 3—15 мин. На металле происходит реакция и образующийся сероводород вступает в реакцию на бумаге. Темные участки бромида серебра показывают величину и распределение сульфидных включений. Разработаны методы определения фосфора, свинца и других примесей. Глубокое травление позволяет выявлять трещины, флокены, рыхлости, поры и другие дефекты, не выходящие на поверхность образца. При воздействии реактива происходит протравливание мест образца с более активной поверхностью, и после травления макрошлиф приобретает рельефную поверхность с отчетливо видимыми осями дендритов, с ликвационной неоднородностью и другими особенностями структуры. Разработаны электролиты для глубокого травления различных типов сталей и сплавов, а также составлены таблицы и схемы основных видов дефектов металлов. Макроанализ используется для определения вида излома — хрупкого или вязкого. По форме различают ровный, с выступами и чашечный изломы, а по строению — кристаллический (если видны кристаллы — зерна), матовый или волокнистый (зерна не видны) и смешанный. В изломе могут быть видны внутренние дефекты.