Определение строения металлов методом макроскопического анализа: Методическое указание к выполнению лабораторной работы

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» (ГОУ ВПО ВСГТУ) ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ МАКРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Методическое указание к выполнению лабораторной работы

Составители: Лыгденов Б.Д., Старова О.В.

Улан-Удэ Издательство ВСГТУ 2006

Методическое указание рекомендовано для выполнения лабораторной работы студентами специальности 261101 «Технология художественной обработки материалов» по курсу «Художественное материаловедение». Данное указание знакомит студентов с методом макроскопического анализа металлов и сплавов, что позволяет судить о их качестве и определить условия их предшествующей обработки. -макроанализ макрошлиф ликвация нержавеющая сталь структура стали

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ МАКРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В машиностроении применяют различные металлы и сплавы в качестве основных конструкционных материалов. Данная работа знакомит студентов с методами анализа этих металлов и сплавов. Макроскопический анализ позволяет: а) дать общее представление о характере структуры металлов и их сплавов; б) выявить дефекты, механические деформации, усадочные раковины и очаги коррозии; в) установить способы обработки давлением (прокатка, ковка, штамповка, прессование, волочение), сваркой, пайкой, резанием (сверление, фрезерование, шлифование, доводка) и т.д. Макроанализ заключается в определении строения исследуемых материалов невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз). Данный метод позволяет судить о качестве металлов и сплавов, определять условия предшествующей обработки, влияющие на особенности их строения (литье, обработка давлением, сварка, резание). По данным макроанализа можно выбрать те участки изучаемой детали, которые надо подвергнуть дальнейшему, более подробному микроскопическому исследованию. Результаты макроанализа можно зафиксировать. Для этой цели применяют специальные установки, позволяющие получать фотоснимки плоских и рельефных объектов при увеличении до 20 раз. Макростроение можно изучать не только непосредственно на поверхности металла, но и в изломе, а также после предварительной подготовки исследуемой поверхности, заключающейся в ее шлифовании и травлении 3

специальными реактивами (макрошлиф). В зависимости от состава металла, его строения, условий обработки и напряженного состояния, при котором произошло разрушение образца, излом может быть разным как по форме, так и по особенностям к отражению света. Макрошлифом называют шлифованный и протравленный образец исследуемой металлической поверхности. На шлифованной поверхности не должно быть загрязнений, следов масла и т.п. Макроанализ шлифов позволяет выявить усадочную рыхлость, газовые пузыри, пустоты и трещины, которые зависят от условий плавки, разливки и кристаллизации, а также трещины, возникающие при обработке давлением, раковины и газовые пузыри в сварных швах. Для выявления этих дефектов в слитке, отливках, катаных и кованых заготовках целесообразно исследовать поперечные сечения деталей, а в сварных швах — продольные сечения. Конкретные способы глубокого и поверхностного травления предлагаются для выполнения студентам по приложению к настоящему описанию. Так как действие реактивов, применяемых при травлении, неодинаково на отдельных участках (оно больше на участках, имеющих раковины, концентрации напряжений и неоднородную структуру), то после травления на макрошлифе хорошо видны трещины и пористость. На рисунке 1,a показан макрошлиф сварного соединения до травления, а на рисунке 1,6 - после травления. Макроанализ выявил поры в месте стыка в наплавленном металле, более темные полосы в основном металле указывают на участки, обогащенные углеродом, серой и фосфором. Качественную оценку химической неоднородности стального сплава, содержащего углерод и вредные примеси в виде серы и фосфора, также удобно 4

проводить методом макроанализа. При этом удается установить неоднородность в распределении примесей (ликвацию) по сечению изучаемой заготовки. Неметаллические включения в стали (сульфиды, оксиды, шлаки) и ликвационные участки, неоднородные по составу и структуре, при обработке давлением (прокатка, ковка, штамповка) частично раздробляются и вытягиваются

а

б

Рис.1.Макрошлиф сварного шва до травления (а) и после травления (б)

способа макроанализа применительно к требованиям задачи и цели исследования; 4) зарисовку изображения полученных фигур травления; 5) приложение — отпечаток, полученный на фотобумаге; 6) заключение о качестве металла и способе предшествующей обработки исследованного образца.

5

вдоль направления деформации, образуя первичную полосчатость. Макроанализ позволяет выявить направления волокон в деформированном металле и определить способ изготовления изучаемой детали. Порядок выполнения работы. 1. Перед выполнением макроанализа необходимо ознакомиться с теорией по описанию, прилагаемому к данной работе. Анализ шлифа целесообразно начать с его осмотра и травления реактивом для поверхностного травления (на 1000 мл воды) : CuCl2 - 35 г и NH4Cl - 53г. 2. Сделать выводы: а) о предшествующей обработке металла (литье, ковка, сварка); б) о ликвации фосфора и углерода; в) о нарушении сплошности. Изображения, полученные в результате травления этим реактивом, зарисовать. 3. Провести макроанализ для определения ликвации серы методом фотоотпечатка. В связи с этим следует учесть, что при перемене реактива поверхность макрошлифа надо подготовить снова путем шлифовки на наждачной бумаге в двух направлениях - вдоль и поперек для снятия следов предыдущего травления. 4. Подготовить отчет по лабораторной работе, который должен содержать: 1) эскиз исследованного образца; 2) указание цели работы; 3) обоснование выбора Некоторые примерные задачи. 1. Образцы нержавеющей стали, применяемой в машиностроении, вырезаны из катаной штанги, причем один по длине штанги (в продольном направлении), а другой - по диаметру штанги (в поперечном направлении). Провести макроанализ и объяснить, какой из образцов вырезан в продольном направлении. 6

2. Даны разрезы двух стальных мостов, изготовленные разными способами. Путем макроанализа установить, каким способом был изготовлен каждый мост. 3. Провести макроанализ двух стальных шин и зарисовать макростроение. Определить, какая шина была изготовлена из литой стали и какая - из катаной. Контрольные вопросы. 1. Какие задачи решают методом макроскопического анализа в машиностроении? 2. Что такое макрошлиф? 3. Что изучается с помощью макрошлифов? 4. Чем отличаются структуры литой стали от структур катаной стали? 5. Перечислите недостатки метода макроанализа.

Подписано в печать 18.10.2006 г. Формат 60х84 1/16 Усл.п.л. 0,46. Тираж 100 экз. Заказ № 216

7