Дослідження макроструктури металів Мета роботи:

1. Освоїти методику приготування макрошліфів.

2. Одержати практичні навички дослідження макроструктури металів.

3. За допомогою методу Баумана досліджувати метал на наявність сірки.

Основні теоретичні положення

Макроскопічним аналізом називається процес дослідження структури металів, що здійснюється неозброєним поглядом чи при невеликому збільшенні (30-60 разів), тобто із застосуванням лупи. Об'єктом макроскопічного аналізу (макроаналізу) служить поверхня металу, попередньо очищена від слідів забруднення. У ряді випадків потрібно спеціальна підготовка поверхні (метод Баумана).

Макроскопічний аналіз дозволяє виявити наступні особливості структури:

• наявність дефектів (тріщин, пор, раковин і т.д.);

• структуру поверхні зламу;

• включення сірки і фосфору, їхні розміри і розподіл по металу;

• розташування волокон після пластичної деформації;

• дендритну будівлю, тобто первинну структуру, утворену після кристалізації;

• товщину шару після хіміко-термічної обробки.

Механічні властивості металу залежать від первісної структури зливка, тому що вони обумовлені видом структури. У злитку спостерігається не однорідна структура, а кілька виглядів структур (рис. 1). Дрібнозерниста структура 1 розташовується по периферії зливка, де швидкість охолодження розплавленого металу найбільша через контакт зі стінками виливниці. Грубозерниста структура 3 характерна для середини зливка, де метал кристалізується з меншою швидкістю. У зоні 2 спостерігаються стовпчасті кристали, їхня витягнута форма з’ясовується напрямком відводу тепла. Крім того, у прибутковій частині 4 зливка (голівці) зосереджена усадочна раковина 5 та інші порожнечі.

Оскільки середина зливка кристалізується в останню чергу, в ній зосереджуються домішки і деякі компоненти сплаву, наприклад вуглець у сталі. Таким чином, за своєю будівлею зливок неоднорідний не тільки за структурою, але і за хімічним складом; тому після закінчення кристалізації зливок піддається термічній обробці (відпал) для вирівнювання хімічного складу за об’ємом зливка і для одержання однорідної структури.

У процесі пластичної деформації (при обробці металу тиском) зерна металу змінюють свою форму, а саме витягаються, розплющуються, повертаються під дією прикладеної сили. Результатом деформування є зміна структури: зерниста будівля заміняється волокнистою структурою чи текстурою.

Волокниста структура має анізотропію (неоднаковість) механічних властивостей залежно від напрямку діючої на тіло сили: метал витримує розтягуюче зусилля уздовж волокон більше, ніж поперек.

Перевищення міцності металу призводить до його руйнування. Злам може бути пластичним, крихким і втомлюваним. У випадку пластичного зламу на поверхні руйнування спостерігаються розірвані волокна; при крихкому зламі поверхня металу більше рівна, ніж при пластичному руйнуванні; для втомлюваного зламу характерна наявність двох виглядів поверхні:

• гладка поверхня, що відповідає розвитку мікротріщин перед руйнуванням;

• нерівна поверхня як результат ослаблення поперечного перерізу деталі.

Рис. 2 - Мікроструктура залізного стержня зі ступенем деформації:

10% (а), 40% (б), 75% (в)