Макроскопічний аналіз структури металів

Мета роботи:

1. Ознайомитися з можливостями макроскопічного аналізу.

2. Зробити макроскопічний аналіз зразків металу.

3. Провести дослідження сталі на присутність сірки.

Загальні відомості

Макроскопічний - це аналіз, що проводиться неозброєним оком або при збільшенні до 60 разів, для чого використовується лупа.

За допомогою макроаналізу можна виявити:

- дефекти (тріщин, раковин і т.п.);

- характер поверхні після руйнування;

- текстуру;

- наявність сірки та ії розподіл у металі;

- особливості структури металу.

Макроскопічний аналіз доцільно розглядати на прикладі схеми побудови зливка (рис.1). Розмір і форма кристалів залежать від швидкості тепловідведення. Зона 2 розташована зовні, тому швидкість охолодження максимальна і кристали (зерна) утворюються дрібними. Усередині зливку відведення тепла важке, тому розмір кристалів там найбільший (зона 4). У зоні 3 утворюються стовпчасті кристали. Крім того, у зливку спостерігаються усадочна раковина (5), пустоти (6) та інші особливості структури.

За допомогою макроаналізу можна спостерігати структуру деформованого металу. Певна розташованість волокон в деталі має велике значення для ії роботи при навантаженні, оскільки опір руйнуванню залежить від напрямку дії сили відносно положення волокон. Деталь міцніше тоді, коли сила діє на переріз, або уздовж волокон і слабка тоді, коли навантаження роз’єднує волокна (анізотропія властивостей).

Від структури металу залежить характер його руйнування, він може бути крихким, в’язким і втомним. При крихкому руйнуванні спостерігається зерниста структура, тому що зерна не деформуються; у випадку в’язкого руйнування можна бачити зламки волокон; коли руйнування пов’язано з втомою, поверхня має вигляд декількох зон (частіше двох).

На рис. 2 зображені випадки розміщення волокон у деформованому металі; треба встановити, яка деформація більше сприяє міцності деталі.

Рис. 2 - Схема розміщення волокон у деформованому металі

Сірка і фосфор надають металу червоно- і холодозламність відповідно. Особливо небезпечне розташування сірки у вигляді смуг, що викликає при гарячій обробці металу появу тріщин. Характер розташування сірки в металі визначатимемо за допомогою методу Баумана.

Сутність цього методу така. На підготовлену поверхню металу накладають бромсрібний фотопапір, який попередньо просочують у розчині сірчаної кислоти. Після контакту з сіркою відбуваються хімічні реакції:

FeS + H₂SO4 = FeSO4 +H₂S;

2AgBr + H₂S = Ag₂S + 2HBr.

Хімічний продукт Ag₂S має чорний колір, тому добре помітний на папері, він вказує місця розташування сірки. Отримане відображення порівнюють з еталоном.

Порядок виконання роботи

У журналі лабораторних робіт слід зарисувати схему зливка металу й дати пояснення його структури.

Проаналізувати зразки деталей, які мають поверхню руйнування, і за ії станом зробити висновок щодо характеру властивостей металу (крихкий, пластичний, інший). З цією метою за допомогою збільшувального скла розглянути поверхню зламу, після чого зробити висновок.

Застосування методу Баумана наступне. Поверхню зразка металу зашліфувати на наждачному папері до блиску. Починати шліфування треба з грубозернистого паперу, поступово переходячи до дрібнозернистих номерів. У процесі шліфування зразок треба повертати на 90⁰, щоб уникнути подряпин. Одночасно фотопапір слід покласти в 5% - ний водний розчин сірчаної кислоти на 5-10 хв., після чого за допомогою фільтрувального паперу усунути лишок вологи. Підготовлений таким чином папір на 2-3 хв. притиснути до поверхні металу, спостерігаючи за тим, щоб не залишалося пухирців повітря під папером. Для закріплення зображення папір помістити у 25% - ний розчин тіосульфату натрію на 25 – 30 хв., потім прополоскати у воді і висушити. На основі розташування слідів сірки зробити висновок, чи готовий метал до обробки тиском при високих температурах.

Запитання для самоконтролю

1. Чим відрізняється макроскопічний аналіз від інших?

2. Які можливості макроаналізу?

3. Чому структура відливку неоднакова за об’ємом?

4. Що таке текстура металу, за яких умов вона утворюється?

5. Назвіть види руйнування металів.

6. Дайте пояснення анізотропії властивостей металу.

7. Яке основне призначення методу Баумана?

Лабораторна робота №3