2.3 Изучение макрошлифов

Макрошлифом называется специальный образец (темплет), вырезанный в определенном месте деталей и имеющий плоскую шлифованную поверхность, которая в зависимости от цели исследования протравливается специальными реактивами.

На макрошлифах выявляются и изучаются следующие основные дефекты стали: усадочная раковина, пористость, подкорковые пузыри, зональная и дендритная ликвации, волосовины, неметаллические включения.

На рис.13 показана усадочная раковина, которая получилась в процессе затвердевания металла в результате уменьшения его объема. При затвердевании малых изолированных междендритных объемов жидкой стали и сильной газонасыщенности металла, из-за неудовлетворительного рафинирования образуется общая пористость. По этой же причине могут образоваться центральная пористость (рис.13) и газовые подкорковые пузыри (рис.14).

Рис. 13. Усадочная раковина Рис. 14. Подкорковые пузыри и центральная пористость

На рис.15 показаны волосовины, обнаруженные в стали ступенчатым обтачиванием изделия. Волосовины – еле заметные тонко очерченные поверхностные и внутренние трещины, ослабляющие металл. Причиной их возникновения являются неметаллические включения и газовые пузыри, которые при прокатке не завариваются и в сечении металла имеют вид тонких трещин.

Рис. 15. Зона расположения волосовин в стали

Специальными методами травления темплета можно выявить химическую неоднородность сплава – ликвацию.

Под термином ликвация (сегрегация) понимают образование в сплаве зон различного химического состава. Они образуются только в тех случаях, когда в растворе или в расплаве находятся несколько элементов. Следовательно, чистые металлы, с одной определенной точкой плавления ликвации не подтверждены. Ликвация наблюдается только в сплавах (кроме эвтектических), не обладающих определенной точкой плавления, затвердевание которых протекает не при одной определенной температуре, а в некоторой температурной области.

При затвердевании первыми образуются кристаллы, обогащенные веществами с наиболее высокой температурой плавления, в то время как жидкая часть сплава обогащается веществами с более низкой температурой плавления.

Углерод, фосфор и сера снижают точку плавления чистого железа. Поэтому при затвердевании выделяющиеся кристаллы железа содержат меньше углерода, фосфора и серы, чем это соответствует их содержанию в жидком расплаве; в то же время остающийся жидкий расплав обогащается этими примесями.

Сера в стальных изделиях может залегать в виде так называемых зон ликвации. Различают следующие виды ликвации:

- по удельной массе; - зональную;

- дендритную; - поверхностную.

Ликвация по удельной массе образуется вследствие разности удельных масс стали и химического соединения серы FeS. При вырезке темплета, имеющего ликвацию по удельной массе, он имеет вид, показанный на рис.16.

Зональная ликвация состоит из внутренней зоны (рис.17), обогащенной серой. Зональная ликвация образуется вследствие разных температур плавления химического соединения FeS и стали. При этом виде ликвации сера скапливается в центре детали.

Рис. 16. Ликвация по удельной массе: Рис. 17. Зональная ликвация:

1 – скопление серы; 2 – чистый металл 1- скопление серы; 2- чистый металл

Дендритная ликвация серы состоит в том, что сера залегает по границам зерен дендритов, образуя «сеточки», «ветви» (рис. 18).

Поверхностная ликвация серы (рис. 19) происходит при воздействии на металл пламени газовой горелки, форсунки в которой содержится сера.

1

2

Рис. 18. Дендритная ликвация: Рис. 19. Поверхностная ликвация:

1- залегание серы; 2- чистый металл 1- залегание серы; 2- чистый металл

Качественно оценить ликвацию серы в стали можно методом Баумана. В этом случае на бромосеребряной бумаге делают отпечаток, который дает картину распределения серы в сечении металла.

Для получения отпечатка (макроснимка) по Бауману фотобумага смачивается 5%-ным водным раствором серной кислоты (H₂SO₄). По истечении 8 минут излишний раствор уделяется с бумаги, после чего она накладывается эмульсионной стороной на макрошлиф и плотно прижимается к исследуемой поверхности.

В результате реакции сернистого железа с серной кислотой образуется сероводород (FeS + H₂SO₄ = FeSO₄+H₂S), который взаимодействует с бромистым серебром фотоэмульсии, образуя на бумаге сернистое серебро (2AgBr+H₂S=2Br₂+AgS) темного цвета. Фотобумага снимается со шлифа, промывается водой, фиксируется 6 – 10 минут в 10% растворе гипосульфита, после чего снова промывается и просушивается. Отпечаток по Бауману исследуется и определяется топография залегания серы.

Исследование макрошлифов сварных швов позволяет определить качество сварки, надежность сварного шва, макроструктуру наплавленного металла. В сварных швах наблюдают следующие дефекты: непровар, пережог, пористость, трещина.

Непроварами называют отсутствие соединения между основными и наплавленным металлам. Причиной непровара может быть загрязнение поверхности свариваемых деталей или недостаточная температура разогрева основного металла. Пережог образуется при нарушении режима сварки и сопровождается окислением основного и наплавленного металла. При этом прочность шва понижается. Пористость характеризуется наличием газовых пузырей в сварном шве. Трещины вызываются большими внутренними растягивающими напряжениями, которые возникают при охлаждении наплавленного металла.