Колпаков C. Металловедение

Подождите немного. Документ загружается.

вырезанных из листов, полос и фасонного проката, надрез должен быть

перпендикулярен поверхности проката.

Рис. 14. Маятниковый копер.

Испытания на ударный изгиб проводят на специальной машине -

маятниковом копре (рис. 14), Образец 8 устанавливают на двух опорах 9

надрезом внутрь станины 7. Маятник 6 с ножом 5 поднимают на

определенную высоту (угол) и закрепляют защелкой 4. Отпущенный

маятник, разбивая образец, поднимается, и стрелка 3 шкалы 2 показывает

угол его взлета. Останавливают маятник ремнем 10, натягивая его рукояткой

1. По таблице

определяют величину работы удара А

, затраченной на излом

образца. На некоторых типах копров работа А

определяется по дисковому

указателю.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие свойства металла определяют при испытании на растяжение?

2. Что характеризуют предел пропорциональности и предел текучести

(физический и условный)?

3. Что характеризует временное сопротивление?

4. Что такое истинное сопротивление разрыву?

5. Что такое относительное удлинение и относительное сужение и как их

вычисляют?

6. Как

проводится испытание на растяжение?

7. В чем заключается испытание на ударный изгиб?

8. В чем заключается испытание на твердость?

9. Как проводят измерение твердости по Бринеллю?

10. Как проводят измерение твердости по Роквеллу?

11. Как проводят измерение твердости по Виккерсу?

12. Как производят измерение твердости методом ударного отпечатка?

ГЛАВА III

АНАЛИЗ МАКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

§ 9. ОТБОР И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ДЛЯ АНАЛИЗА

Применение анализа макроструктуры. Анализ макроструктуры

применяют при проведении многих исследований и при контроле готовой

продукции. С помощью анализа можно выявить дефекты, зависящие от

условий плавки, разливки и кристаллизации металла: дендритное строение и

направленную кристаллизацию, местонахождение, форму и

размер

усадочной раковины, усадочной рыхлости, трещин, неметаллических

включений, пористость.

При контроле и исследовании катаного и кованого металла макроанализ

позволяет оценить степень и направленность волокнистости, полосчатости

структуры.

При контроле и исследовании металлов после термической или химико-

термической обработки с помощью макроанализа можно ориентировочно

оценить толщину поверхностного слоя, структура которого отличается от

структуры

основного металла, выявить трещины и т. д.

Для правильного определения и оценки многих характерных видов

дефектов в ГОСТ 10243-75 даны стандартные шкалы. Макроструктуру

металла сравнивают с эталонами шкал макроструктуры. Место и

направление вырезки образцов из изделия и их число зависят от целей

макроанализа. Для контроля металла слитков, отливок, катаных и кованых

заготовок образцы (пробы) вырезают в направлении, перпендикулярном

продольной оси. Эти образцы называют темплетами. При изучении

строения слитка при макроанализе сварных швов образцы макро шлифов

вырезают и в продольном направлении (параллельно продольной оси).

Существует несколько общих правил отбора проб. Пробы отбираются из

более загрязненной части слитка. Например, при разливке сверху анализу

подвергают металл первого и последнего слитка.

При вырезке темплета расстояние от края заготовки должно быть не

менее одного ее диаметра или стороны. Длина пробы должна быть не менее

четырех диаметров (сторон) заготовки: темплет вырезают из середины

пробы.

Пробы и темплеты вырезаются пилами или автогеном. Иногда после

прокатки или ковки пробы отрезают

в горячем состоянии. Условия резки

(нагрев от автогена, смятие от пресса или пилы) не должны сказываться на

состоянии поверхности контролируемого сечения.

Контролируемую поверхность темплетов торцуют, строгают и шлифуют.

Готовая поверхность должна быть ровной, гладкой, без наклепа и прижога.

Если контролируемая сталь наклепывается при обработке или заготовка

имеет очень высокую твердость

, то чтобы избежать этого, пробы можно

подвергнуть термической обработке (нормализации отжигу, отпуску и др.).

§ 10. ВЫЯВЛЕНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ

Для выявления строения и дефектов макроструктуры темплеты травят

специальными реактивами.

Готовый макрошлиф перед травлением протирают спиртом для удаления

поверхностных загрязнений. Темплеты перед травлением рекомендуется

подогревать до температуры 60-80°С. Травят макрошлифы в специальных

(обычно подогреваемых) ваннах, установленных в вытяжном шкафу. Чтобы

избежать ожога кислотами, травление проводят обязательно и

резиновых

перчатках. При травлении шлифованную поверхность погружают в реактив.

Если размеры шлифа позволяют, то его погружают в реактив целиком;

вынимают шлиф из ванны шпицами. Время травления зависит от

легирования и твердости стали. Более легированные и более твердые стали,

травят дольше. Если при этом произошло растравливание поверхности, то с

темплетов удаляют поверхностный

слой на глубину ~ 2 мм. После окончания

травления темплеты тщательно промывают и высушивают.

Для выявления особенностей и дефектов макроструктуры различных

марок стали и сплавов разработано большое количество реактивов.

Макроанализ широко применяют для выявления неоднородности

химического состава (ликвации) металла. Такие вредные примеси в стали,

как сера и фосфор, часто располагаются не равномерно

по всему объему

металла, а сосредоточиваются в отдельных его участках. Макроанализ дает

полную картину их расположения, хотя и не позволяет произвести

количественную оценку.

Для выявления ликвации серы применяют метод серных отпечатков.

Хорошо подготовленную поверхность шлифа очищают спиртом от загряз-

нения. Лист фотографической бром – серебряной бумаги помещают на

несколько минут в 5% - ный

водный раствор 142504 и затем слегка просуши-

вают между листами фильтровальной бумаги. Влажную фотографическую

бумагу плотно накладывают на весь макрошлиф. Фотобумага находится на

макрошлифе ~30 мин. Затем ее снимают, промывают водой и фиксируют в

течение 20-30 мин в растворе гипосульфита. После этого ее опять промывают

и сушат. На бумаге получается поверхность макрошлифа коричневого

цвета,

а участки скопления серы имеют более темную окраску. Полученный

отпечаток показывает форму, и распределение сульфидов в исследуемой

стали.

Для выявления ликвации фосфора в сплавах на основе железа обычно

применяют реактив состава 85 г СuС1

и 53 г NН

Сl на 100 мм Н

O. При

травлении шлифа железо уходит в раствор и медь осаждается на шлифе. На

участках, содержащих большое количество фосфора, осаждается меньше

меди, и эти участки травятся сильнее. После травления шлиф промывают под

струей воды, смывая медь ватным тампоном. Участки со скоплением

(фосфора имеют более темный цвет, чем остальной металл. Этот же

реактив

одновременно выявляет и ликвацию серы.

Чтобы выявить макростроение литой стали – дендритную структуру, ее

травят в реактиве, содержащем 250 мл соляной кислоты, 35 мл серной

кислоты, 100 мл воды. Травление проводят в реактиве, нагретом до 70 –

90°С, длительность травления зависит от состава стали и составляй от 20 мин

до 1 ч. После травления шлиф промывают горячей водой и нейтрализуют

остатки к» слоты раствором соды.

Этот же реактив (количество соляной кислоты

можно менять)

применяют и для определения расположения волокон в заготовке или

изделии. Расположение волокон может повторять конфигурацию изделия

(рис. 15, а), и волоки могут быть перерезаны при изготовлении детали (рис.

15, б), в последнем случае прочность детали будет ниже.

Рис. 15. Макроструктура кованой (а) и вырезанной (б) детали.

Если в литом металле (в слитке) имеете значительное количество

сульфидов, оксида шлаков или заметная ликвация, то после прокатки, ковки

или штамповки эти дефекты вытягиваются вдоль направления деформации,

образуя продольную волокнистость – полосчатость. Из-за неоднородного

состава и различно) строения волокна металла имеют различную травимость.

Полосы, содержащие большее количество включений, имеют более темный

цвет.

Для определения глубины поверхностного слоя, образованного после

цементации (насыщения стали углеродом) или закалки крупных изделий,

темплет травят 3 мин в 50% - ном рай воре соляной кислоты при 80°С. После

травления закаленный слой имеет более темную окраску.

§ 11. ИЗУЧЕНИЕ ИЗЛОМОВ

Контроль макроструктуры по излому проводят на образцах с

продольным и поперечным 8

правлением волокна. Если проводится контроль

макроструктуры только по излому (темплеты делают), то применяют

образцы с поперечным направлением волокна. Если же контроль

макроструктуры по излому является дополнительным к контролю на

темплетах, то применяют образцы с продольным направлением волокна.

Для получения излома поперек волокна заготовки или образцы

надрезают. Надрез наносится по всему периметру

заготовки (образца) двух

противоположных сторон или с одной стороны. Надрез делают такого

размера, чтобы площадь излома была не меньше 1/2 площади сечения

заготовки. Надрезанный образец ломают с максимально возможной

скоростью, но чтобы при этом не произошло смятие поверхности излома и

при поломке не образовались расщепления металла. Ломают темплеты или

образцы под прессом, копром или при ударе молотом по надрезу. Чтобы

получить излом вдоль волокна

, темплет или отрезанный поперечный образец

надрезают (надрез должен иметь остроугольную форму) по диаметру.

Качество стали, оценивают по виду металла в изломе. Так, грубые поры-

пузыри в изломе вдоль волокна имеют вид полос с некристаллическим

строением. Грубая пятнистая ликвация в изломе имеет вид темных полос,

кристаллическое строение которых отличается по виду

от кристаллического

строения основного металла. Флокены в изломе имеют вид светлых округлых

пятен с кристаллической поверхностью серебристого или светлого оттенка, а

на поперечном макрошлифе флокены имеют вид трещин (рис. 16).

Рис. 16. Флоконы на протравленном макрошлифе.

При температурах ниже 200° С из твердого раствора выделяется

водород. Это создает в стали сильные внутренние напряжения, которые

приводят к образованию трещин – флокенов. Если в слитке были трещины,

которые не заварились при деформации, то в изломе будут расслоения -

узкие или широкие полосы с некристаллическим строением.

При анализе излома можно обнаружить дефекты

, которые не

выявляются при анализе макроструктуры на темплетах. Например, сильно

перегретый при деформации или термической обработке металл имеет

нафталинистый или камневидный излом. Излом по телу крупных зерен,

отражающих по различному свет, называется нафтатлинистым. Матовый

излом по границам крупных или мелких зерен, вскрывающий их огранку,

называется камневидным.

Если при кристаллизации металла

по границам кристаллитов произошло

отложение неметаллических включений, то в изломе будут видны

межкристаллитные прослойки (сколы). Сколы имеют вид светлых участков

различной формы и размеров, поверхность их имеет кристаллическое

мелкозернистое строение. Этот же дефект может иметь вид слоистого

излома, в котором происходит чередование полос с мелкозернистым и

обычным строением металла.

Макроанализ излома позволяет с достаточной для

практических целей

точностью выявить глубину закаленного и цементованного слоев. Для этого

контролируемые образцы подвергают закалке (без перегрева), надрезают и

ломают. Закаленный и цементованный слои матовые и имеют более мелкое

кристаллическое строение, чем заметно отличаются от вида излома

сердцевины. Отличить закаленный или цементованный слой от металла

сердцевины можно и пр цвету.

Для этого ломаный образец нагревают до

температуры 300-350°С. После этого поверхностный слой имеет темно-синий

цвет, а сердцевина – светло – синий.

§ 12. ФИКСИРОВАНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ

Способы фиксирования. Для фиксирования макроструктуры

применяются следующие способы: фотографирование, зарисовка, тушевка,

металлографическая печать.

В практике металлографических работ для фиксирования структуры

обычно применяют два вида фотографирования: макросъемка и

микро-

съемка.

Общая схема фотографического процесса включает фотографическую

съемку, негативный и позитивный процессы.

Фотографическую съемку производят с помощью специальных

фотографических аппаратов и установок. Основные части любого

фотоаппарата (рис. 17) – объектив 1, механизм наводки на резкость

изображения 2, затвор 3, светонепроницаемая камера 4 и кассета со све-

точувствительным материалом 5. Фотографируемый объект А помещают

перед объективом фотоаппарата

и производят наводку на резкость изо-

бражения. Затем, открыв фотозатвор, производя освещение (экспонирование)

светочувствительного материала в течение определенного времени,

называемого выдержкой. В результате на светочувствительном материале

образуется скрытое действительное обратное изображение фо-

тографируемого объекта А. Выявляют изображение при негативном процессе

– проявлении и фиксировании (обработка фотоматериала в специальных

химических растворах проявителе

и фиксаже). В результате получают

негатив – изображение предмета в противоположных тонах: светлые участки

фотографируемого объекта темные, а темные – светлые. При позитивном

процессе с негатива методом фотопечати (экспонирование позитивного

фотоматериала – фотобумаги) получают позитив – фотографический снимок,

на котором распределение темных и светлых участков соответствует их

распределению на фотографируемом объекте.

При зарисовке макроструктуры сначала вычерчивают в масштабе контур

макрошлифа. Затем, соблюдая масштаб, на рисунок наносят наиболее

крупные по размерам дефекты (трещины, пузыри и т.д.), а затем переходят к

мелким деталям макроструктуры.

Рис. 17. Схема фотоаппарата.

Тушевку применяют, если макрошлиф глубоко протравлен и имеет ярко

выраженный рельеф. На шлиф кладут лист бумаги и мягким карандашом

производят тушевку. Частицы графита остаются на выступающих частях

макрошлифа и очерчивают края несплошностей.

При металлографической печати глубоко протравленный (с рельефом)

сухой шлиф покрывают типографской краской. Избыток краски удаляют так,

что

она остается только в углублениях шлифа. Макрошлиф с заполненными

краской углублениями представляет собой печатную форму. Прикладывая

макрошлиф к бумаге, получают оттиски с изображением макроструктуры.

Фотографирование макроструктуры. Макро съемку применяют для

получения изображения объемных предметов в различном масштабе от 1 : 10

до 20 : 1.

Объекты макросъемки по величине можно разделить на крупные (узлы

машин), средние (

детали машин, темплеты) и мелкие (небольшие детали,

макрошлифы).

Крупные объекты снимают с уменьшением обычно крупноформатными

камерами. Средние объекты обычно фотографируют в натуральную

величину или с небольшим увеличением. Мелкие объекты увеличивают при

фотографировании и обычно снимают на установке ФМН – 2.«Эта установка

предназначена для макро- и микросъемки различных прозрачных и

непрозрачных объектов в

масштабах от 1:2 до 20: 1.

Общий вид установки ФМН – 2 представлен на рис. 18. На основании 1

укреплен кронштейн II с фотокамерой 6 (для пластинок 9×12) и осветитель

12. В нижней части фотокамеры имеется затвор 5 и оправа для сменных

фотообъективов 4, Чтобы облегчить фокусировку, на фотокамеру

установлена зеркальная насадка 7. Для освещения непрозрачных объектов

при фотографировании применяют софитный стол 3 со съемной

крышкой

(одна сторона белого, другая черного цвета) или со стеклом, который

устанавливают на основании 1. Внутри стола смонтированы осветители -

софиты - с выключателями 2. Софитами пользуются для бокового освещения

рассеянным светом объекта, помещенного внутри стола, или освещения

снизу объекта, помещенного на стеклянную поверхность стола. На штангах,

расположенных снаружи стола, передвигаются четыре наклоняемых

кронштейна с

софитами 10 и осветителями 9 (для создания направленного

пучка света). Софиты и осветители освещают объект сверху. Для

фотографирования прозрачных объектов на основание устанавливают

устройства, в которых смонтированы оптические системы - столики малый

14 и большой 13.

Наводка на резкость производится по матовому стеклу в две стадии:

грубая - раздвижением меха фотокамеры и тонкая – поворотом оправы

объектива.

Для экспонирования пластинки зеркало опускается ручкой 8, и

свет попадает на пластинку.

Рис.18. Общий вид установки ФМН-2.

На установке можно производить стереоскопическую макрофотосъемку.

Для этого объект фотографируют два раза с одним и тем же объективом,

смещая последний вправо и влево от центрального положения.

Для макросъемки имеется набор объективов с различными фокусными

расстояниями (от 40 до 150 мм), что и позволяет получать макроснимки

объектов в различных масштабах от 1:2 до 20:1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое макроструктура?

2. Для каких целей применяют анализ макроструктуры?

3. Как производят оценку макроструктуры при контроле металла?

4. Какие виды дефектов оценивают по шкалам?

5. Как производят отбор и подготовку образцов для макроанализа?

6. Как производят выявление макроструктуры?

7. Как выявляют ликвацию серы при анализе макроструктуры?

8. Как выявляют ликвацию

фосфора в сплавах на основе железа?

9. Как выявляют макростроение литой стали?

10. Как определяют глубину закаленного и цементированного слоя?

II. Как производят контроль макроструктуры по излому образца?

12. Какие дефекты можно обнаружить при анализе излома?

13. Какие существуют способы фиксирования макроструктуры?

14. Для каких целей применяется макросъемка?

15. Как устроена установка ФМН – 2?

ГЛАВА IV

АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

$ 13. ОТБОР ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Внутреннее строение металлического изделия редко бывает однородным

по всему объему, поэтому для получения правильного представления о

структуре контролируемого изделия большое значение имеет правильный

выбор места вырезки образца.

Если контролируют микроструктуру крупного объекта (слитка), то от

него сначала отбирают

часть металла – пробу. Затем из пробы вырезают

заготовку. Из заготовки изготовляют образец для испытаний. Если

контролируемое изделие имеет средние размеры (например, прутки Ш30

мм), то заготовкой служит проба. Если изделие имеет размеры, сопоставимые

с размером образца, то заготовка может служить образцом. Пробы, заготовки

и образцы отбирают из наиболее характерных зон металлопродукции

В литом металле различия структуры вызваны различными условиями

отвода теплоты по сечению и высоте отливки при затвердевании; в де-

формированном металле – различной степенью деформации внутренних и

внешних слоев металла.

Для исследования металлического изделия с неоднородной по сечению

структурой используют только поперечный шлиф (его плоскость пер-

пендикулярна продольной оси). Продольные шлифы (

плоскость которых

параллельна оси) в этом случае могут дать неправильное представление о

структуре изделия.

Если предполагается, что имеется неоднородность структуры по высоте

или длине изделия, то вырезают несколько образцов из наиболее ха-

рактерных зон.

Для листового проката или отливок типа плит, т. е. изделий, у которых

один размер (толщина) значительно меньше остальных (длины и ширины),

структуру изучают на шлифе, плоскость которого перпендикулярна

наибольшей плоскости изделия.

При исследованиях часто вырезают шлифы и в продольном

(осевом)

направлении для уточнения однородности структуры по всему объему

изделия.

Место вырезки образцов и их количество определяется целями и

задачами исследования. Для контроля отдельных видов металлической

продукции места вырезки и количество шлифов указываются в

соответствующих ГОСТах или технических условиях.

Пробы и заготовки отбирают огневым способом (автогеном) или

холодным (на режущих

станках, ножницами). При отборе проб и заготовок, а

также при изготовлении образцов их предохраняют от нагрева и наклепа

(упрочнения металла под действием пластической деформации), которые

могут привести к искажению структуры. Обычно вырезают образцы

цилиндрической или прямоугольной формы, высота которых равна 15 – 20

мм, а площадь изучаемой поверхности (шлифа) 2 – 3 см

. Чтобы не повредить

руки, с образца снимают заусенцы и острые края опиливают напильником.

$ 14. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШЛИФОВ

Подготовка образцов к шлифованию. Для удобства приготовления

шлифов на образцах, размеры которых значительно меньше общепринятых,

применяют различные приспособления. Например, образцы из тонкого

листового материала закрепляют в специальных зажимах (рис. 19, а).

Несколько образцов собирают

в пакет, помещают его между пластинами и

стягивают их болтами.

Образцы округлой формы 3 помещают металлические оправки – кольца

1 круглой или эллипсовидной формы (рис. 19,6) и заливают легкоплавким

веществом 2: серой или сплавом Вуда, имеющим Т

пл

= 68°С. Поэтому

залитые образцы можно при необходимости освобождать из оправки,

нагревая их.

Когда образцы не надо вынимать из оправок, их можно заливать или

запрессовывать в пластмассы: бакелит, стиракрил III, формвар и др.