2.1. Макроанализ по виду излома

Излом может быть разным по форме, по виду и по способности к отражению света. Это зависит от химического состава материала, его строения, условий обработки и разрушения. Поэтому анализа излома позволяет установить многие особенности строения, а иногда и причины разрушения. Наиболее полно характеризует поведение металла при разрушении анализа строения излома. Различают следующие изломы:

• кристаллический (блестящий). Он наблюдается при хрупком разрушении в результате пониженной вязкости материала. Обычно в кристаллическом изломе можно видеть форму и размер зёрен (межкристаллический), так и по зёрнам металла (транскристаллический).

• волокнистый (матовый). Наблюдается при вязком разрушении металла, которому предшествовала значительная пластическая деформация. Следствием её является наличие «утяжки». В таком изломе зёрна сильно искажены и плохо различимы.

• Усталостный. Такой излом является следствием постепенного возникновения и развития трещин под воздействием многократных повторных силовых воздействий на металл.

2.2. МАКРОАНАЛИЗ ШЛИФОВ

Более часто макроанализ проводят не на изломах, а на шлифах, при этом можно выявить химическую структурную неоднородность, волокнистое строение деформированного металла, дендритное строение литого металла, строение сварного соединения, а также дефекты, нарушающих сплошность металла.

2.2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ (ЛИКВАЦИИ)

Макроанализ выявляет ликвацию в стали углерода и вредных примесей – серы и фосфора. Степень ликвации и её характер зависят не только от содержания этих элементов в стали, но и от условий разливки металла, его кристаллизации и последующей обработки давлением. Следует заметить, что макроанализ даёт лишь качественную характеристику химической неоднородности.

Необходимость выявления химической неоднородности вызвана тем, что указанные элементы оказывают весьма ощутимое влияние на свойства стали. Так, например, сера значительно охрупчивает сталь, особенно сильно при высоких температурах. Это объясняется образованием по границам зёрен металла особой структурной составляющей – сульфидной эвтектики , плавящейся при относительно низкой температуре . При нагревании стали под прокатку или ковку до температур эвтектика расплавляется, нарушая связь между зёрнами металла. Вследствие этого, при деформации стали возникают трещины и надрывы. Это явление носит название красноломкость.

Наряду с этим сера, присутствующая в виде сульфидов железа и марганца, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость стали, снижает пластичность и вязкость сталей. Включения , также как и другие неметаллические включения (нитриды, оксиды и др), служат концентраторами напряжений.

Фосфор также относится к числу вредных примесей. Растворяясь в железе, он сильно искажает его кристаллическую решётку, повышая предел прочности и текучести, но резко снижает пластичность и вязкость. Сильное охрупчивающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости. Каждая повышает порог хладноломкости . Фосфор способствует хладноломкости, т.е. повышает хрупкость при низких температурах. Это обстоятельство необходимо учитывать особо при изготовлении деталей машин и конструкции, работающих в условиях крайнего севера и северо-востока России. Снижение вязкости тем значительнее, чем больше в стали углерода.

Распределение серы определяют методом Баумана. Бромосеребряную фотобумагу на свету смачивают в течение 2..3 минут в 10%-ом водном растворе серной кислоты и слегка просушивают фильтровальной бумагой для удаления лишнего раствора. Далее лист фотобумаги аккуратно накладывают на хорошо отшлифованную и обезжиренную поверхность макрошлифа. Не сдвигая лист, его осторожно проглаживают рукой или резиновым валиком для удаления пузырьков воздуха. В таком положении фотобумагу выдерживают на макрошлифе не менее 2…3 минут.

Сульфидные включения , имеющиеся в поверхностном слое металла, реагируют с серной кислотой, оставшейся на фотобумаге:

,(1)

Образующийся сероводород воздействует на кристаллики бромистого серебра фотоэмульсии:

.(2)

Сернистое серебро имеет тёмно-бурый цвет, поэтому образующиеся на бумаге тёмные пятна указывают форму и характер распределения сульфидных включений в исследуемом образце.

Снятую с макрошлифа фотобумагу промывают в воде и фиксируют в течение 15…20 минут в растворе гипосульфита, после чего вновь промывают в воде и просушивают.

а) б)

Рис.1. Серные отпечатки, снятые с макрошлифов отливки (а) и сварного соединения (б)

На рис.1. приведены образцы серных отпечатков, снятых по методу Баумана. Отпечаток, полученный с макрошлифа отливки, показывает, что наибольшее количество сульфидов сконцентрировано в её центральной части, т.к. в процессе кристаллизации легкоплавкие сульфиды вытесняются в сердцевину отливки. По шкале серных отпечатков можно определить балл сернистых включений.

Отпечаток, снятый со сварного соединения, позволяет чётко разграничить основной (свариваемый) металл от наплавленного. Сварной шов почти не содержит сульфидных включений, так как сварочные электроды изготавливают из стали с весьма низким содержанием серы.

По характеру расположения сульфидов иногда можно легко установить и способ получения заготовки (литьё, прокатка, штамповка). Так, например, в деформированных заготовках сульфидные включения в виде строчек располагаются вдоль направления волокон металла.

Для определения ликвации углерода и фосфора используют травление поверхности макрошлифа реактивом Гейна содержащего 85г хлористой меди и 53г хлористого аммония на 1000мл воды. Способ основан на неодинаковой травимости участков с различным содержанием этих элементов. Участки, обогащённые углеродом и фосфором, окрашиваются в более тёмный цвет.