Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

МАКРОСКОПІЧНИЙ АНАЛІЗ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ.

Мета роботи: засвоїти методи вивчення макроструктури сталі.

Прилади та обладнання: зразки сталі з нерівномірним розподілом сірки і фосфору, шліфувальний і фільтрувальний папір, бромосрібний фотографічний папір, спирт, реактиви (5% водний розчин сірчаної кислоти й реактив Гейна), кювети для травлення.

Теоретична частина

Вивчення будови та дефектів металів (сплавів) неозброєним оком або при невеликих збільшеннях (до 30 разів) називають макроаналізом, а структура, виявлена цим методом, - макроструктурою. Макроскопічні методи надають інформацію про стан матеріалу, дефекти, пов'язані з його одержанням та обробкою. Від макроструктури металу залежать технологічні й експлуатаційні властивості виробів, тому макроаналіз широко застосовують для контролю металів та сплавів. Макроаналіз дозволяє виявити структуру в литому стані, після пластичної деформації, ліквацію ( хімічну неоднорідність за об’ємом метала ), раковини, пори, тріщини та ін. ( рис. 1)

а б в

Рис. 1. Види макроструктур:

а- дефекти усадочного походження в злитку,

б- макроструктура звареного з’єднання,

в - хімічна неоднорідність у злитку (ліквація)

Зразки для макроаналізу вирізають з найбільш характерних ділянок. Наприклад, при аналізі руйнування макрошліф повинен бути з тими дефектами, які причиною руйнування. Для відбору зразків придатні всі способи, що не викликають зміни структури: фрезерування, стругання, свердління, різання. Якщо виріб настільки великий, що цілком досліджувати його неможливо, то можна досліджувати один або кілька невеликих зразків, які відбирають від найбільш характерних частин виробу. При різанні абразивними колами необхідне надійне охолодження водою або емульсією, щоб температура в місці різання не перевищувала 50-60 °С. Яких-небудь загальних правил відбору зразків рекомендувати неможливо. Спосіб відбору заготівки для макрошліфа залежить від властивостей матеріалу й виду виробу - можна відрізати зразок на токарському верстаті, ножівкою, якщо виріб твердий - тонким абразивним колом, автогеном і т.д.

Якщо вирізку зразка робити автогеном, то необхідно перед дослідженням видалити перегріту частину зразка. Потім потрібно спланувати площину під макрошліф, що виробляється на токарському, фрезерному, плоскошліфовальному верстатах або на абразивному колі залежно від розміру, форми й твердості заготівки. Обрану для дослідження поверхню обробляють грубим шліфувальним папером. Після закінчення шліфування сліди від останнього аркуша паперу повинні розташовуватися в одному напрямку, необхідно передбачити знежирення підготовленої поверхні, для чого макрошліф промивають спиртом або содовим розчином для видалення слідів масла, бруду, абразивних і металевих часток. Потім роблять травлення, метою якого є виявлення макроструктури. При травленні макрошліфів необхідно дотримуватись правил техніки безпеки, як при роботі з кислотами.

Існує три способи вивчення макроструктури:

-дослідження зламів,

-метод травлення (глибокого й поверхневого),

-метод відбитків.

Метод дослідження зламів застосовується для встановлення схильності матеріалів до крихкого руйнування й заснований на визначенні співвідношення площ в'язких і крихких ділянок зламу зразків (див. лабораторну роботу №2).

Метод травлення. Травлення дозволяє виявити різного виду тріщини, зневуглецьований шар, навуглецьовані й азотовані шари, сегрегації шкідливих домішок, дендритну структуру. Зразок шліфують вручну на шліфувальному папері або на шліфувальних верстатах. Шліфувати зразок рекомендується в одному напрямку, уникаючи кругових рухів.

Для виявлення макроструктури застосовують різні реактиви (табл. 1). Макроаналіз дозволяє визначити хімічну неоднорідність структури після термічної обробки й зварювання.

Після термічної обробки визначають ліквацію вуглецю або глибину загартованого шару за допомогою реактиву Гейна.

При цьому в результаті обмінної реакції поверхня макрошліфа покривається шаром міді. На ділянках, збагачених вуглецем, що мають дефекти ( пори, тріщини й т.д. ), мідь виділяється менш інтенсивно й

Таблиця 1

Реактиви для травлення

Реактив	Призначення реактиву	Умови травлення
Водний розчин соляної кислоти (HCl 50 см³ , інше вода)	Виявляє порожнечі (пори, тріщини), дендритну структуру. Застосовується для вуглецевих і низьколегованих сталей.	Застосовують у холодному стані. Тривалість травлення до 30 хв. Зразок занурюють у реактив або протирають поверхню макрошліфа тампоном.
Водний розчин суміші соляної і сірчаної кислот (66 см³ HCl, 10 см³ H₂SO₄, 24 см³ вода)	Виявляє ліквацію, волокнисту й дендритну структуру, пори й інші дефекти сталей. Реактив глибокого травлення.	Застосовують у гарячому стані (95-100°С). Тривалість травлення 2 год. Зразки занурюють у розчин.
Водний розчин азотної і соляної кислот ( рівні частини кислот, води, 5 г. хромпіка (двохромовокислого калію )	Виявляє макроструктуру нержавіючої сталі.	Занурення зразка в реактив.
Реактив Гейна (35 см³CuCl₂ й 53 см³ NH₄Cl, інше вода )	Виявляє ліквацію, глибину загартованого шару, порожнечі, дефекти зварених сполук.	Занурення зразка в реактив.

не захищає поверхню від травлення хлористим амонієм. Ці ділянки стають темного кольору.

Метод відбитків. . Вуглець, сірка й фосфор відносяться до елементів, що мають велику схильність до ліквації . Ступінь і характер ліквації залежать як від кількості цих елементів, так і від умов кристалізації. Найбільш широко метод відбитків застосовують для виявлення розподілу сірки в виробах із сталі. Найпоширенішим і простішим є метод одержання відбитків за Бауманом.

Сірка мало розчинна в залізі, вона утворює у сталі сульфіди заліза (Fe) або марганцю (Mn). Підвищений вміст сірки в сталі приводить до зниження механічних властивостей, погіршення зварюваності й корозійної стійкості.

Крім того сірка утворює з залізом легкоплавку евтектику Fe-FeS (температура плавлення - 980ºС). При гарячій пластичній деформації ( температура 1100-1200ºС) межі зерен оплавляються, сталь крихко руйнується (так звана червоноламкість ). Для запобігання червоноламкості в сталь вводять марганець, який зв’язує сірку, утворюючи сульфіди MnS ( температура плавлення яких 1620ºС).

Метод відбитків за Бауманом дає якісну оцінку ліквації сірки. Спеціальні шкали дозволяють оцінювати кількість, розмір, форму й розподіл сірчаних включень.

Для одержання відбитка за Бауманом тонкий бромосрібний фотопапір на світлі витримують протягом 5-8 хв. у 2-5% розчині сірчаної кислоти. Після видалення надлишків кислоти з паперу його притискають до шліфа на 2-3 хвилини, потім швидко промивають водою, фіксують, знову промивають і сушать. Для одержання повторних відбитків зразок потрібно знов шліфувати. Чіткість відбитка залежить від ступеня шорсткості й поверхневої деформації шліфа. Загальне фарбування всього відбитка за Бауманом залежить від розчинених у фериті вуглецю, кремнію, марганцю, фосфору.

Сірка в сталі існує у вигляді сульфідів Mn та Fe. При взаємодії із сірчаною кислотою відбувається реакція:

Fe(Mn)S + H₂SO₄ → Fe(Mn)SO₄ + H₂S↑

На поверхні бромосрібного паперу H₂S вступає в реакцію:

H₂S + 2AgBr →Ag₂S + 2HBr

Сірчане срібло Ag₂S має коричневий колір - на фотопапері проявляється форма і розподіл сульфідів. Фосфіди срібла - чорних кольорів, що також дозволяє вивчати за методом Баумана ліквацію фосфору.

Порядок виконання роботи:

1. Отримайте зразок сталі. Для визначення ліквації сірки застосовують метод Баумана.

2. Одержіть відбиток у такий спосіб:

- поверхню макрошліфа після шліфування для видалення пилу й бруду протріть ватою, змоченої спиртом;

- фотографічний папір змочіть 5% розчином сірчаної кислоти протягом 5-10 хв;

- мокрий папір злегка підсушіть;

- підсушений фотопапір акуратно накладіть на підготовлений макрошліф і притисніть, видаляючи пухирці повітря, що знаходяться між поверхнею макрошліфа і фотопаперу. Час витримки не повинен перевищувати 3 хв. Рух фотопаперу спотворює відбиток;

- знятий фотопапір промийте спочатку в гіпосульфіті (для фіксації відбитку), потім у воді, висушіть і вивчіть.

3. Складіть звіт і дайте аналіз отриманих результатів. При складанні звіту вивчіть макроструктуру зразків, опишіть методику виявлення структури; відбиток прикладіть до звіту.

Дайте відповідь на запитання:

1. Що таке макроаналіз ?

2. Які існують способи вивчення макроструктури?

3. Для чого застосовують метод Баумана?

4. Які реакції покладено в основу метода Баумана?

2. Що таке червоноламкість, як її усунути?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.