1.7. Виявлення волокнистості стали
Волокнистість стали виявляють травленням відшліфованого зразка:
а) у реактиві складу: 85 г хлорної міді, 53 г хлористого амонію в 1000 мм3 води за методикою виявлення неоднорідності (ліквації) фосфору;
б) у реактиві для глибокого травлення (50 % - на соляна кислота) - за методикою виявлення дефектів, що порушують плошиність металу (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Макроструктура кування півосі автомашини. Напрямок волокон повторює зовнішні обриси кування
Грузлий (волокнистий) злам (рис, 1.5) має горбисто-згладжений рельєф і свідчить про значну пластичну деформацію, що передує руйнуванню. По виду грузлого зламу не можна судити про форму і розміри зерен металу.
Рис. 1.5. Злами стали: а: 1 – грузлий; 2 – змішаний; 3 – тендітний;
б - микрофрактограми, ×5000; 1 – чашковий (грузлий); 2 – речистий (тендітний);
Тендітний (кристалічний) злам (рис. 1.5) характеризується наявністю на поверхні плоских блискучих ділянок (фасеток). Тому що руйнування протікає без помітної пластичної деформації і форма зерна не спотворюється, те на тендітному зламі видні вихідні форма і розмір зерен металу. При цьому руйнування може відбуватися через зерна (транскристалічний злам) або по границях зерен (інтеркристалічний, або міжкристалічний, злам). Руйнування по границях зерен має місце при наявності на границях неметалічних включень (фосфіди, сульфіди, оксиди) або інших виділень, що послабляють міцність границь зерна.
Тендітне руйнування найбільш небезпечне, тому що відбувається найчастіше при напругах нижче границі текучості матеріалу. Його виникненню сприяють наявність поверхневих дефектів, конструктивні прорахунки (різка зміна перетину, товстостіність деталей), низька температура й ударні навантаження при роботі, виділення по границях зерен тендітних фаз, міжзерена корозія.
Нафталінистий злам – транскристалічний з великим зерном і виборчим блиском, подібним блиску кристалів нафталіну. Він свідчить про підвищену крихкість стали і спостерігається в легованих, переважно швидкорізальних сталях. Причиною виникнення такого зламу є перегрів сталі, що викликає укрупнення зерен і утворення визначеної орієнтації структурних складових (текстура). Зовні в зламі текстура виявляється як одне велике зерно. Нафталінистий злам усувається шляхом багаторазових повторні фазові перекристалізації металу.
Тендітний злам називають камневидним, якщо метал має грубозерниста будівля, а руйнування носить переважно міжкристалічний характер. Причина утворення такого зламу - перерозподіл домішок при перегріві металу з виділенням їх у прикордонних ділянках зерен. Камневидний злам можна усунути шляхом гомогенизующого відпалу.
Звичайно злами бувають змішаними. При змішаному зламі (рис. 1.5) на його поверхні спостерігаються ділянки грузлого і тендітного руйнування.
Фарфоровидний злам характерний для правильно загартованої сталі, вид зламу матовий, дрібнозернистий.
Усталостний злам (рис. 1.6) утвориться в результаті тривалого впливу на метал циклічно змінюються в часі напруг і деформацій. Злам складається з трьох зон: зародження тріщини, власне усталостного поширення тріщини і долома. Механізм усталостного руйнування наступний. Усталостна тріщина виникає в місцях, де маються концентратори напруг або дефекти. Перша зона плоска і гладка. Збільшуючись при роботі деталі, тріщина утворить зону власного усталостного поширення з характерними концентричними борозенками або дугами і дрібнозернистим, фарфоровидным зламом. Найчастіше вона має окремі ділянки гладкої притертої поверхні. Долом відбувається раптово, коли ослаблене тріщиною перетин деталі не здатно витримати механічного навантаження, що прикладається. Долом буває грузлим або тендітним.
У практиці широко застосовують такий метод макроаналізу, як дослідження макрошліфів.
Рис. 1.6. Усталостний злам штока компресора: 1 - зона зародження тріщини; 2 - зона поширення тріщини; 3 - зона долома
Макроаналіз макрошліфів дозволяє виявити структурну (наприклад, у сталі, загартованої струмами високої частоти) або хімічну (наприклад, у сталі, науглероженной або наплавленої зносо- і корозійно-стойким сплавом) неоднорідність, що виникла при обробці готових виробів (рис. 1.3).
Рис. 1.7. Макроструктура навуглецевого зубчастого колеса
Хімічна неоднорідність сплаву, що виникає при його виробництві, називається ліквацією. Особливо схильні до ліквації в сталі вуглець, сірка і фосфор.
Важливо знати розподіл у сталі шкідливих домішок сірки і фосфору, що робить істотний вплив на будівлю металу і його властивості. Сірка викликає красноломкість стали, а фосфор – холодноломкість. Тому зміст сірки і фосфору в сталях строго регламентується. Характер розподілу названих елементів залежить від процесу кристалізації металу у виливку або в звареному з'єднанні і від виду обробки тиском.
Загальну ліквацію вуглецю, фосфору і сірки дозволяє оцінити обробка макрошліфа реактивом Гейна (7 у табл. 1.1). При взаємодії шліфа і реактиву залізо з поверхневого шару стали переходить у реактив, на його місце осаджується мідь, що захищає сталь від подальшого впливу реактиву.
Місця скупчень вуглецю, сірки і фосфору виявляються в меншому ступені захищеними міддю і протравливаються сильніше. Після видалення під струменем води шаруючи міді ці ділянки виглядають темніше.
а б
Рис. 1.8. Макроструктура звареного шва: а – непровар; б – пористість