Изучение структуры по макрошлифам

Макрошлиф — это образец, вырезанный из изделия, на котором определенная поверхность специально подготовлена для выявления особенностей макроструктуры.

Приготовление макрошлифов включает следующие этапы.

1. По выбранной для исследования плоскости деталь разрезают (возможно вырезание образца уменьшенных размеров).

2. Полученную плоскость последовательно шлифуют на наждачных бумагах с уменьшающимся размером зерна. При переходе на более мелкозернистую бумагу меняют направление шлифования на угол от 30 до 90° с целью стачивания рисок от предыдущей обработки и контроля за их исчезновением.

3. Отшлифованную поверхность промывают водой, обезжиривают этиловым спиртом и просушивают.

4. Затем подготовленную поверхность подвергают травлению, которое основано на взаимодействии металла с реактивом. Элементы структуры различного состава, строения и свойств по-разному растворяются и окрашиваются, а трещины и пустоты расширяются. В результате проявляется макроструктура.

При изучении макрошлифов можно выявить:

- дендритное (древовидное) строение литого металла (рис. 1.4);

а) б)

Рис. 1.4. Дендритная ликвация стали (а) и схема макроструктуры стального слитка (б): 1 – наружная мелкозернистая зона (корка); 2 – зона столбчатых кристаллов; 3 – зона равноосных кристаллов

- волокнистую структуру металла после горячей обработки давлением (рис. 1.5); при получении изделий методами пластического деформирования необходимо избегать образования перерезанных волокон (рис.1.5, б) и стремиться, чтобы их направление обеспечивало наибольшее сопротивление главным усилиям (рис.1.5, а), возникающим в элементах детали во время работы.

а) б)

Рис. 1.5. Макроструктура полученных обработкой давлением коленчатых

валов с правильным (а) и неправильным (б) расположением волокон.

- неоднородность состава и свойств стали после химико -термической обработки (ХТО); например, цементация, заключающаяся в насыщении поверхностного слоя углеродом, позволяет обеспечить в результате последующей термической обработки высокую твердость и износостойкость рабочей поверхности зубь­ев шестерни при сохранении их вяз­кой сердцевины (рис. 1.6);

Рис. 1.6. Макроструктура зубчатого колеса после ХТО – цементации

- наличие дефектов в макроструктуре сварных швов: трещин, шлаковых включений, пористости, химической не­однородности и др.;

- зональную ликвацию — неоднородность распределе­ния химических элементов по зонам слитка, заготовки или детали, которая выяв­ляется путем снятия от­печатков с макрошлифов.

Определение химической неоднородности методом отпечатков

Для выявления зональной ликвации (т.е. химической неоднородности) вредных примесей (серы и фосфора) в стали применяется метод снятия контактных отпечатков с макрошлифов.

Снятие серного отпечатка

Засвеченную бромсеребрянную фотобумагу пропитывают в 5% растворе серной кислоты, слегка просушивают и накладывают на подготовленный макрошлиф эмульсией вниз, не допуская смещения бумаги. Для удаления пузырьков воздуха бумагу проглаживают резиновым валиком и выдерживают на образце в течение 2 – 3 минут.

Сера в железоуглеродистых сплавах присутствует в виде химических соединений с железом и марганцем – сульфидов FeS и MnS. При соприкосновении фотобумаги с поверхностью макрошлифа сульфиды вступают в реакцию с кислотой:

FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S↑;

MnS + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂S↑.

Образующийся сероводород непосредственно против очагов своего выделения вступает в реакцию с бромистым серебром фотоэмульсии на бумаге

2AgBr + H₂S = Ag₂S + 2HBr.

Сульфид серебра Ag₂S имеет коричневый цвет. Поэтому на фотобумаге окрашенные участки указывают на включения сульфидов в образце (рис. 1.7). Снятый отпечаток промывают в воде, закрепляют изображение в растворе гипосульфита в течение 10 – 15 минут, после чего еще раз промывают и сушат.

а) б)

Рис. 1.7. Серные отпечатки распределения сульфидов в стали:

а) – ярко выраженная ликвация; б) – равномерное распределение сульфидов

Аналогично, с помощью фосфорного отпечатка, выявляют ликвацию фосфора в стали.

План составления отчета

1. Указать назначение макроструктурного анализа и методику его проведения.

2. Описать технологию приготовления макрошлифа и серного отпечатка.

3. Схематически зарисовать и описать изломы и макрошлифы.

4. Сделать выводы о предполагаемых свойствах материала по виду излома, макрошлифа и серного отпечатка.