Основные положения
В данной лабораторной работе изучаются следующие методы металлографического анализа:
1. Фрактография
2. Макроанализ
3. Микроанализ
Фрактография -это изучение излома детали невооруженным глазом или с небольшим увеличением (до х 20).
На изломе можно увидеть крупные дефекты структуры (газовые пузыри, шлаковые включения, крупнозернистое строение, неравномерность величины зерен); поверхностную или местную термообработку; вид и характер нагрузки на деталь, приведшие к ее разрушению; надежность материала разрушенной детали; возможную причину разрушения.
Различают следующее строение твердых материалов: кристаллическое, аморфное, смешанное (редко).
Металлы дают следующие виды изломов (см. плакат): хрупкий (зернистый, блестящий, ровный); вязкий (волокнистый, с выступами, зерна не видны); смешанный. Вязкие материалы надежны, поэтому чем больше доля вязкого разрушения в общей поверхности излома, тем надежнее материал.
Задание студенту: рассмотреть предложенные изломы образцов и деталей и охарактеризовать их в письменном отчёте.
Содержание письменного отчета: записать суть и цель фрактографии; охарактеризовать рассмотренные на образцах изломы по табл.1(см. также плакат «Макроанализ металлов»).
Таблица 1
| Материал и название образца или детали | Строение материала (кристаллическое или аморфное). Вид излома (блестящий, гладкий, зернистый, волокнистый, белый, матовый, чёрный …). Характер излома (хрупкий, вязкий, смешанный). Вид нагрузки на деталь (можно определить только по детали). |
| Стекло | Аморфный, гладкий, блестящий, хрупкий. |
| Прокат круглый (сталь перегретая) | Крупнокристаллический, блестящий, хрупкий |
| Вал шлицевой стальной | Кристаллический, волокнистый, матовый, виден рост трещины (ступени) на 2/3 поверхности излома. Трещина блестящая, гладкая, излом (на 1/3 поверхности излома) вязкий (волокна), нагрузка переменная (ступени на трещине от перегрузки), вид нагрузки – кручение, т.к. излом под 45º, скорее всего это вал транспортной машины |
Макроанализ –это изучение структуры металлов на специально подготовленных микрошлифах невооруженным глазом или при небольшом увеличении (до х 20). Видимое при этом строение металлов называется макроструктурой.
Макрошлиф - образец или деталь с плоской шлифованной поверхностью, подвергнутый травлению раствором кислоты, щелочи или специальными реактивами с целью выявления макроструктуры металла.
На макрошлифах видны волокна в поковках и штамповках («течение» металла при ковке и штамповке); крупные дефекты (усадочная рыхлость, газовые пузыри, раковины, трещины); неравномерность и неоднородность строения, вызванные местной термообработкой, химической неоднородностью, наплавкой, сваркой.
Задание студенту: рассмотреть предложенные макрошлифы (деталь или образцы, вырезанные из деталей) и охарактеризовать их в письменном отчёте.
Содержание письменного отчета: записать суть и цель макроанализа; охарактеризовать рассмотренные макрошлифы по табл.2.
МИКРОАНАЛИЗ – это изучение структуры металлов, видимой под микроскопом, на специально подготовленных микрошлифах.
Используются металломикроскопы оптические, с увеличением 100…1000...1500 раз и электронные с увеличением 50000...100000 - 500000 раз. Более «мелкую» структуру (субструктуру) изучают с увеличением более 500000 раз. Так, в США имеется микроскоп с увеличением 5,6 и 7,1 млн. раз (видно расположение атомов), в России - 3,6 млн. раз, в Японии – 3,5 млн раз.
Таблица 2
| Рисунок (схема) детали или образца. Название детали и её материала | Описание макроструктуры |
Сегмент режущего аппарата косилки (нож)
СТАЛЬ
| Темная полоса вдоль режущего лезвия местная закалка режущей части с нагревом токами высокой частоты (закалка ТВЧ) |
Колесо зубчатое
СТАЛЬ
| Поверхность зубьев на глубину подвергнута насыщению каким-либо элементом (что изменило химсостав, цвет, строение поверхности) или подвергнута поверхностной закалке ТВЧ |
Микрошлифом называется специально подготовленный с полированной травленной плоскостью образец, вырезанный из детали или заготовки.
Технология изготовления микрошлифа
1) Получение плоской поверхности на шлифе (станок, ножовка, пила, напильник);
2) Черновое шлифование (шлифшкурка 80…10);
3) Чистовое шлифование (шлифшкурка 8…М5);
4) Полирование (шлифовальный станок, круг с фетром, бархатом или тонким сукном, паста ГОИ и керосин);
5) Промывка (вода, спирт);
6) Сушка (фильтрованная бумага);
7) Травление – погружение в реактив (5% р-р HNО3 в спирте) на 5-10 с;
7) Промывка (вода, спирт );
8) Сушка (фильтровальная бумага, воздух).
Схема и принцип работы оптических металломикроскопов видны на плакате «Принципиальные оптические схемы металломикроскопов», где видно, что в объектив (глаз) попадает отраженный от плоскости микрошлифа луч света.
Видимое в микроскоп строение металла называется микроструктурой. По ней можно судить о величине, форме, равномерности расположения зерен различной окраски. Цвет зерен свидетельствует о химсоставе, строении и свойствах. Можно видеть мелкие дефекты строения (наличие неметаллических включений, трещин, газовых пузырей). Все вместе это позволяет оценить качество и надежность материала.
Задание студенту:ознакомиться с оборудованием, материалами и технологией изготовления микрошлифов; рассмотреть в микроскоп:
шлифованный,
полированный,
полированный и травленный кислотой шлифы и зарисовать видимую картинку.
Шлифы
Шлифованный Полированный Полированный и трав-
ленный раствором кисло-
ты
Рисунок 1 – Микроструктура шлифов