2.1.4. Вивчення зламів

Злам - це поверхня, по якій відбулося руйнування деталі чи зразка. Вони бувають кристалічні (крихкі), волокнисті (в’язкі) та втомленісні.

Крихкий злам є результатом крихкого руйнування, яке відбувається під дією зовнішніх сил без помітної пластичної деформації. На такому зламі можна спостерігати зерна, їхню форму і взаємне розташування. Крихкі злами бувають інтеркристалічними (міжкристалічними) - руйнування відбуваються по межах зерен, тому що вони менш міцні, ніж самі зерна сплаву, та транскристалічними - руйнування відбувається по тілу зерна. Інтеркристалічний злам має характерну каменеподібну будову та блискучий колір. У транскристалічному зламі колір зламу матовий, а поверхня рівна (зерна не виділяються в зламі).

Волокнистий злам є результатом в’язкого руйнування, яке супроводжується значною пластичною деформацією зерен. Він має характерну волокнисту будову, колір – тьмяний (рис.2.3). За волокнистим зламом не можна судити про внутрішню будову, оскільки не виявляється форма і розмір зерна.

Рис.2.3. Будова в’язкого зламу	Рис.2.4. Будова втомленісного зламу

Втомленісний злам (рис.2.4) є ознакою втомленісного руйнвання деталей, яке відбувається під дією знакозмінних напруг. Злам має три зони: 1 - ядро (тріщина, пора, неметалічне включення); 2 - зона втоми, яка має ступінчасто-складчасту будову з окремими ділянками блискучої поверхні; 3 - зона залишкового руйнування (зону доломлювання), яке може бути крихким або в’язким (в залежності від умов впливу напруг на кінцевій стадії руйнування, будови і властивостей металу).

2.2. Порядок виконання роботи

Дослідити волокнисту будову заданих деталей. Визначити характер їх обробки. Дослідити ліквацію сірки. Визначити дефекти зварювальних швів. Дослідити і зарисувати злами. Вказати дефекти та причини їх виникнення.

Контрольні запитання

1. Що таке макроаналіз? 2. Що таке макрошліф і як його готують? 3. Які є види макроаналізу? 4. В чому полягає відмінність у макрошліфах деталей виготовлених обробкою тиском та різанням? 5. Що таке волокна в металі? 6. Що таке ліквація? 7. Що таке червоноламкість і холодноламкість? 8. Як визначають глибину поверхневої термічної обробки сталі? 9. Що таке злам? 10. Які є види зламів?

Лабораторна робота № 3 дослідження процесів кристалізіції двохкомпонентних сплавів

Мета роботи: вивчити методику побудови діаграм стану двохкомпонентних систем; отримати навички у вивченні сплавів методом термічного аналізу, навчитися аналізувати діаграми стану з застосуванням правила фаз і правила відрізків.

Забезпечення роботи: набір сплавів різного хімічного складу, тигельна піч, термопара (або термометр).

3.1. Теоретичні відомості

Сплави – це з’єднання двох і більше металів або металів і неметалів. Речовини, які входять до складу сплаву, називають компонентами. В процесі кристалізації компоненти, взаємодіючи між собою, утворюють фази - однорідні за хімічним складом частини сплаву, які мають поверхні поділу, при переході через які змінюються стрибкоподібно.

Процеси, які відбуваються у металах і сплавах при фазових перетвореннях, підпорядковані загальному закону рівноваги - правилу фаз Гіббса, яке виражає залежність між числом ступенів свободи, числом компонентів і фаз в умовах рівноваги:

С= К - Ф + 1 (3.1)

де С - число ступенів свободи (кількість змінних, зміна яких не призводить до зміни стану рівноваги системи); К - число компонентів, які входять до складу сплаву; Ф - число фаз, що знаходяться в рівновазі; 1 - число зовнішніх чинників (температура).

Графічне зображення зміни фазового складу сплавів даної системи в залежності від температури і концентрації називається діаграмою стану.

Діаграму стану двохкомпонентного сплаву будують у координатах “температура – концентрація”: на осі ординат відкладають температура (в градусах Цельсія), на осі абсцис - концентрація компонентів (у відсотках). Таким чином, кожна точка діаграми характеризує фазовий склад даного сплаву при заданій температурі.

Вид діаграми стану визначається характером взаємодії компонентів системи у твердому стані (у рідкому стані компоненти утворюють необмежено рідкі розчини).

Діаграми стану будують за критичними точками - температурами фазового перетворення. Оскільки фазові перетворення мають температурний гістерезис (критичні точки при нагріванні й охолодженні у багатьох сплавах не співпадають), то вони позначаються так: Ас - при нагріванні; Аr - при охолодженні. Сплави можуть мати декілька критичних точок.

Простим методом визначення критичних точок є термічний аналіз, який ґрунтується на побудові кривих нагрівання (охолодження). За рахунок аномалії теплових ефектів, пов'язаних із протіканням фазових перетворень, на кривих утворяться температурні зупинки чи перегини, за якими і визначають критичні точки (рис.3.1).

Рис.3.1. Криві охолодження: а - чисті метали, хімічні сполуки, евтектичні сплави; б - доевтектичні і заевтектичні сплави; г – тверді розчини

Криві охолодження чистих металів, хімічних сполук, евтектичних сплавів (рис.3.2.а) мають одну критичну точку Аr (ділянка 1-1). Доевтектичні, заевтектичні сплави і сплави, які утворюють тверді розчини, мають дві критичні точки: Аr₁ і Аr₂.

Рис.3.2. Схема установки для термічного аналізу: 1 - електрична піч,

2 – тигель з розплавом; 3 - кришка; 4 - термопара; 5 – мілівольтметр

На рис.3.2 зображена схема установки для проведення термічного аналізу. Для вимірювання температури застосовують термометри або термоелектричні пірометри.