Макроанализ при помощи макрошлифов
Исследование на макрошлифах с применением реактивов проводят с целью выявления направления волокон в детали, определения места наплавки после ремонта деталей, равномерности распределения углерода, серы, фосфора в сечении, выявления пор, раковин, трещин и других дефектов, а в сварных соединениях - исследуются особенности структуры сварного шва.
Макрошлиф – это образец, одна поверхность которого спе-циально подготавливается для проведения исследований.
На рис. 7.3 показана макроструктура болта с правильным (рис. 7.3б) и неправильным (рис. 7.3а) расположением волокон в детали. Волокна болта, изготовленного ковкой с высадкой, соответствуют его конфигурации. Волокна болта, выточенного из заготовки, расположены параллельно его оси, что влечет за собой резкое снижение ударной вязкости в месте перехода от головки к стержню.
Химическая неоднородность стали может быть выявлена наиболее наглядно только при помощи макроанализа, так как общий химический состав стали дает представление лишь о среднем количественном содержании элементов, входящих в металл, но не характеризует распределения их по сечению.
На рис. 7.4 представлена структура блока шестерён, на которой видно направление волокон .
Выявление общей ликвации углерода, фосфора производят травлением шлифованной поверхности реактивом Гейне. На продольных макрошлифах наблюдаются темные полосы в виде волокон - это ликвационные зоны, обогащенные углеродом и фосфором (рис.3.5 и 3.6). На поперечных шлифах волокон нет.
Рис. 7.3. Макроструктура болта, изготовленного резанием (а)
и ковкой с высадкой (б)
Рис. 7.4. Макроструктура блока шестерён.
Глубокое травление на волокно соляной кислотой
(50 мл Нсl на 50 мл воды)
а) б)
Рис. 7. 5. Общая ликвация в стали:
болт (а) с небольшим и болт (б) с большим содержанием углерода и фосфора
Рис. 7. 6. Макроструктура стальной накладки. Выявление степени ликвации углерода и фосфора реактивом Гейна (10% - ным раствором двойной хлорной меди и аммония в воде)
Ликвацию серы определяют методом серного отпечатка на фотобумаге (по Бауману). По результатам исследований отмечается, как распределена (равномерно или неравномерно) сера по сечению детали. Неравномерное распределение серы ускоряет разрушение металла в процессе эксплуатации. На рис.6 макрошлиф имеет ярко выраженную ликвационную зону.
На рис. 7.7 видна структура валика, подвергнутого поверхностной закалке токами высокой частоты. Легко заметить и определить глубину закалённой зоны.
Рис. 7.7 Макроструктура валика, закалённого
с нагревом токами высокой частоты
Качество сварных соединений определяется различными методами макроанализа. Визуальный осмотр сварных швов позволяет вскрыть отклонения в размерах и форме сварного шва. Дендритное строение сварного швa , зону термического влияния, мелкие трещины и поры обычно выявляют при травлении исследуемых поверхностей сварного шва реактивом Гейне (рис. 7.8).
Рис. 7.8. Макроструктура сварного шва:
шов (а), участок перегрева (б), участок мелкого зерна (в),
участок перекристаллизации (г), исходная сталь (д)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. Подготовить макрошлифы. Одна поверхность образца шлифуется наждачной бумагой различных номеров в последовательности от более крупного до более мелкого № 220 – 320. При этом водят по шлифу бумагой, а не наоборот. Подготовленную поверхность протирают ватой, смоченной спиртом для обезжиривания перед травлением. Травление макрошлифа производят крепкими и сильнодействующими реактивами.
2. Выявить в темплетах трещины, поры, раковины глубоким травлением подогретым до 60 – 70 оС водным раствором соляной кислоты (по 50 см3 HCl и H2O). Время травления 10-45 мин. Поверхность после травления промыть, обработать 15 % раствором азотной кислоты и просушить. Выявленные видимые дефекты зарисовать. Этим методом выявляют и направления в расположении волокон.
3. Выявить ликвацию серы, применяя метод Баумана, на двух образцах. Листы фотобумаги, замоченные в 5 % растворе серной кислоты наложить на подготовленную поверхность эмульсионной стороной (не допускать сдвига и поглаживанием удалять выделяющийся газ), выдержать 3-4 минуты. Бумагу промыть, зафиксировать отпечаток, выдержав в течение 20-30 мин в 20 % растворе гипосульфита, после чего снова промыть и просушить.
4. Выявить ликвацию углерода, фосфора травлением отшли-фованной поверхности в реактиве, состоящем из 85 г хлорной меди и 53 г хлористого аммония в 1000 см3 воды (реактив Гейна). Образец подготовленной поверхностью погрузить в реактив и выдержать 1-2 мин. Образовавшийся на поверхности слой меди смыть струей воды, макрошлиф протереть мокрой ватой и просушить. Темные (глубоко протравленные) участки характеризуют распределение углерода, фосфора.
5. Рассмотреть, зарисовать поверхность изломов образцов и охарактеризовать их по размеру зерна (мелкозернистая, крупнозернистая структура) и другим основным признакам.
Содержание отчета
Цель работы; краткие сведения из теории макроанализа; зарисовки изломов; зарисовки характера общей ликвации и направления волокон; отпечаток на фотобумаге характера распределения серы; ликвации углерода, фосфора; зарисовки макрошлифа сварного соединения, поверхности изломов; выводы по результатам анализов.
Вопросы для самопроверки
1. Макроскопический анализ и его цель.
2. Виды макроанализа.
3. Как готовят макрошлиф?
4. Как выявляют дефекты, нарушающие сплошность детали?
5. Как выявляют ликвацию серы?
6. Как выявляют ликвацию углерода, фосфора?
7. Макроструктура сварного соединения.
8. Виды изломов.
9. Причины, вызывающие возникновение усталостных изломов.
Вопросы для СРС
1. Определение строения материалов методами макроскопического анализа