Макроаналіз металів та сплавів

Ціль роботи: ознайомлене з методикою проведення макроструктурного аналізу; одержання практичних навичок виготовлення макрошліфів, вивчення поверхонь деталей, зламів, макрошліфів, виявлення макродефектів, неоднорідності, причин руйнування металу; придбання навичок замальовки макроструктур.

1.1 Загальні теоретичні зведення

Структура матеріалів, що спостерігається неозброєним оком або при невеликих збільшеннях, називається макроструктурою.

Макроскопічний аналіз (макроаналіз) металів і сплавів полягає в дослідженні їхньої будівлі неозброєним оком або за допомогою невеликих збільшень (до 30 разів).

Макроаналіз дозволяє оцінити якість матеріалу, виявити наявність у ньому макродефектів, характер його попередньої обробки (лиття, обробка тиском, різання, зварювання, наплавлення, термічна і хіміко-термічна обробка й ін.), структурну і хімічну неоднорідність, волокнистість, причини і характер руйнування.

За допомогою макроаналізу можна дати загальну оцінку стану великих поверхонь матеріалу або деталі в цілому і вибрати невеликі найбільш важливі і типові ділянки для подальшого заглибленого вивчення. Макроаналіз проводять шляхом вивчення зламів, макрошліфів або зовнішніх поверхонь заготівель і деталей.

Макрошліф – це зразок із плоскою шліфованою і протравленою поверхнею, вирізаний з досліджуваної ділянки деталі або заготівлі.

Його одержують у такий спосіб. На металорізальному верстаті або ножівкою вирізують зразок, одну з плоских поверхонь якого рівняють напилком або на плоскошліфувальному верстаті. Потім зразок шліфують вручну або на шліфувально-полірувальному верстаті шліфувальною шкуркою різної зернистості. Шліфування одною шкуркою потрібно проводити в одному напрямку, після чого варто змити залишки абразиву водою. Переходячи на більш дрібну шкурку, повертають зразок на 90° і проводять обробку до повного зникнення рисок, утворених попередньою шкуркою. Зразок промивають водою, просушують і піддають глибокому або поверхневому травленню.

Основного правила техніки безпеки при роботі на шліфувальному колі.

1. Під час роботи наждакового верстата не дозволяється знаходитися в площині обертання наждакового кола.

2. Не дозволяється працювати на наждаковому верстаті в рукавичках або з перебинтованими пальцями.

3. При шліфуванні зразка на бічній поверхні наждакового кола не дозволяється сильно натискати на зразок з метою прискорення шліфування.

4. При шліфуванні і поліруванні на верстатах з горизонтальними дисками зразок потрібно встановлювати на тій стороні кола, що обертається від працюючих. При цьому зразок потрібно утримувати пальцями якнайближче до його нижнього торця (див. малюнок).

Рис.1.1 Шліфувально-полірувальний верстат

Безпечні місця установки зразків при роботі на шліфувально-полірувальних ставках з горизонтальними дисками: "+" – місця установки зразків, – робітники місця

5. Не можна робите шліфування або полірування зразка на наждаковому папері або сукні, що має ушкодження.

6. Якщо при шліфуванні або полірування зразок вирвалося з рук, потрібно негайно відключити верстат натисканням червоної кнопки.

7. Забороняється працювати на одному диску одночасно двом або одночасно шліфувати (полірувати) два зразки, утримуючи їхніми двома руками.

8. При травленні мікрошліфів у випадку влучення на шкірний покрив або слизувату оболонку азотної кислоти уражене місце потрібно негайно пробути рясним струменем води. Улучення на шкірний покрив 3...5 % азотної кислоти не небезпечно.

9. Завантажувати в гарячу піч або вивантажувати з неї зразки дозволяється тільки за допомогою спеціальних кліщів, у яких можна надійно утримувати зразок.

10. Вивантажені з нагрітої печі зразки потрібно встановлювати тільки на спеціальної вогнетривку цеглу.

11. У випадку одержання термічного опіку необхідно уражене місце обережне звільнити від одягу, не відриваючись шматків від шкірного покриву. При поверхневому опіку промити уражена ділянка холодною водою і потім накласти стерильну пов'язку. При глибоких опіках потрібно накласти стерильну пов'язку з маззю "Фастин-1" і негайно звернутися до лікаря.

12. При виникненні невеликих вогнищ пожежі потрібно скористатися вогнегасником або загасити вогнище сухим піском.

13. У випадку загоряння проводів електроживлення потрібно негайно виключити рубильник або автомат на розподільному щиті. До відключення живлення користуватися вуглекислотними і пінними вогнегасниками заборонено.

14. При прибиванні електронапруги на корпус печі або мікроскопа необхідно негайно припинити роботу і відключити харчування.

Склад деяких реактивів для травлення приведений у табл. 1.1.

Перед травленням зразок, знежирюють і очищають, як правило, етиловим спиртом. Травлення більшістю реактивів, приведених у табл. 1.1, здійснюють, занурюючи в них зразок. При цьому варто строго дотримувати правила техніки безпеки.

Таблиця 1.1 – Реактиви, використовувані при травленні макрошліфів, і особливості травлення

Сплави	Реактив					Особливості травлення
	№	Призначення		Склад
1	2	3		4		5
Для глибокого травлення
Вуглецеві і низьколеговані сталі, чавуни	1	Виявлення ліквації, дефектів, дендритності, неоднорідності		10...20 мл сарною кислоти, 90...80 мл води		Температура - 20 або 70 0С, тривалість - кілька годин
	2	Виявлення ліквації, дефектів, волокнистості, макроструктури зварених з'єднань		50 млл соляної кислоти, 50 млл води		Температура – 20 або 60.. .70 ос, тривалість - 1...60 хв
	3	Виявлення загальної макроструктури, дефектів		7,5 мол сарною кислоти, 10 мл хромового ангідриду, 80 мл води		Температура – 50...70…70ос, Тривалість – не менш 10 хв
Високолеговані і корозійно-стійкі сталі	4	Виявлення загальної макроструктури, дефектів, ліквації, волокнистості, дендритності		10 мл сірчаної кислоти, 50 мл соляної кислоти, 40 мол води		Киплячий розчин, тривалість - 10...60 хв
Корозійно-стійкі хромонікелеві стали	5	Оцінка схильності до міжкристалічної корозії		10 мол сірчаної кислоти, 3 м сірчанокислої міді, 87 мол води		Занурення попереднє нагрітої до 625 0 С стали в киплячий реактив, тривалість-72 ч
Мідні сплави	6	Виявлення загальної макроструктури		50 мол азотної кислоти, 50 мол води		Температура – 20 0 С, тривалість - кілька хвилин
Для поверхневого травлення
Різні Сталі і чавуни	7	Виявлення ліквації сірки, фосфору і вуглецю, смугастості деформованої сталі	8 мл хлористого аміаката міді, 100 мл поди (реактив Гейна)		Температура – 20 0 С, Тривалість - 0,5 .. .5 хв. Мідь, що випала, видаляють ватою під струменем води
	8	Виявлення ліквації сірки	5 мл сірчаної кислоти, 100 мол води (реактив Баумана)		Не фіксований фотопапір змочують реактивом, притискають емульсією до макрошліфа на 1...10 хв, промивають, фіксують, знову промивають і висушують
	9	Виявлення ліквації фосфору	3 мол соляні кислоти, 0,2 м хлористої міді, 3м хлорні заліза,0,1 м хлористого олова, 100 мг етилового спирту, 100 мол води ( реактив Обергоффера)		Температура 20о С, зразок полірований
Мідні або нікелеві сплави	10	Виявлення загальної макроструктури	5 м хлорного заліза, 30 мл соляної кислоти, 100 мл води		Температура - 20 о С, Тривалість - I...5 хв
Алюміній і його сплави	11	Виявлення загальної макроструктури і макроструктури зварених з'єднань	а) 10 мл солячи­ - ний кислоти, 10 мол азотної кислоти, 1 мол плавикової кислоти,10 мл води б) 10 мол їдко­ - го натру, 100 мол води		Те ж
Титан і його сплави	12	Виявлення Макроструктури і включень	2 мл азотної кислоти, 2 мл плавикової кислоти, 96 мл води		Те ж, тривалість 0,5...1 хв
Нікелеві сплави	13	Виявлення макроструктури, дефектів, дендритності, сульфідів у зварених з'єднаннях	50 мол соляної кислоти, 2 м сірчанокислої міді, 50мол етилового спирту, 50 мол води		Те ж , тривалість – 3...10…10 мін

Реактив, активно взаємодіючи з ділянками, де маються дефекти і неметалічні включення, протравливають їх більш сильно і глибоко. Поверхня макрошліфа виходить рельєфної. За допомогою реактивів для глибокого травлення виявляються навіть внутрішні дефекти (пори, раковини, ліквація, тріщини, флокени й ін.), що не виходять безпосередньо на поверхню деталі. Поверхневе травлення, проведене менш агресивними реактивами, дозволяє виявити в сталях, чавунах і кольорових сплавах ліквацію, макроструктуру литого або деформованого металу, дефекти, якість зварених з'єднань, структурну неоднорідність матеріалу, підданого термічній або хіміко-термічній обробці.

Протравлений макрошліф промивають водою для видалення травителя, обробляють спиртом, висушують з метою запобігання корозії.