Металлографический метод исследования

Цель работы

 

Ознакомление с методами металлографического анализа металлических материалов и контроля качества конструкционных материалов.

Рабочее задание

 

1. Проанализировать визуально поверхности изломов лабораторных образцов и охарактеризовать их.

2. Провести доступный глазу макроанализ сварных швов, и запротоколировать обнаруженные поверхностные дефекты.

3. По макроструктуре, выявленной травлением, охарактеризовать обнаруженные внутренние дефекты и качество сварки.

Оборудование и реактивы

 

Металлографический микроскопы и микроскринер, макрошлифы образцов для механических испытаний, исследований сварных соединений и видов изломов, 4-5% раствор азотной кислоты.

Обработка результатов, их обобщение и выводы

 

Полученные результаты следует обрабатывать следующим образом:

1. Зарисовать обследованные дефекты сварных соединений с их пояснением.

2. Привести эскизы увиденных изломов с их полной характеристикой.

Порядок оформления отчета

 

По результатам выполненной работы каждый студент оформляет отчет.

Изложение теоретической части работы должно быть приведено после раздела «Задание по работе».

В целом отчет должен содержать:

1. Введение.

2. Задание по работе.

3. Краткое описание теоретической и практической частей работы.

4. Обработку результатов исследований с зарисовкой образцов для различных методов испытаний и исследований.

5. Анализ, обобщение результатов и выводы по работе.

Основные термины и понятия, необходимые для освоения лабораторной работы

Аустенит

Анизотропия

Выплавка

Включения

Волокно

Волочение

Гаммадифектоскопия

Графит

Горячая деформация

Горячекатаная сталь

Дислокация

Доэвтектоидная сталь

Доэвтектический чугун

Забоина

Заэвтектоидная сталь

Заэвтектический чугун

Излом

Кристаллографическая плоскость

Ледебурит

Легированная сталь

Материал

Макроанализ

Макроструктура

Микроструктура

Микроанализ

Микрошлиф

Механическая обработка

Холодная деформация

Окисление

Пачки скольжения

Поры

Пластическая деформация

Подварка

Прокатка

Перлит

Предел прочности

Предел текучести

Пластичность

Рыхлоты

Раковина

Сварное соединение

Сварочная ванна

Твердость

Травление

Трещина

Ударная вязкость

Фаза

Феррит

Цементит

Чугун белый

Чугун серый

Чугун ковкий

Чугун высокопрочный

Шлак

Шлаковые включения

Эвтектоидная сталь

Эвтектический чугун

 

Состав, структура и классификация сталей

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), содержание углерода, в котором не превышает 2,14%, но не меньше 0,022%. Главным элементом стали является углерод, и это единственная примесь, которая специально вводится в сталь. С повышением содержания углерода прочность стали существенно возрастает из-за увеличения количества цементита в фазовом составе стали.

Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода – на низкоуглеродистые (до 0,25% С) –это достаточно мягкие, пластичные, хорошо деформируемые в холодном и горячем состоянии стали; среднеуглеродистые (0,3 – 0,55% С), являются широко распространенным конструкционным материалом для деталей, работающих в условиях обычных силовых нагрузок и высокоуглеродистые (0,6 – 1,4% С),за счет чего они обладают высокой твердостью; легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на: низколегированные, среднелегированные и высоколегированные.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь различается на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную или перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

С увеличением содержания углерода в стали возрастает количество фаз, имеющих более высокую твердость (перлит, цементит). Следовательно, и изменяются механические свойства: возрастает твердость, предел прочности, текучести, уменьшается относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость (рис. 2.1).

Твердые и хрупкие частицы цементита повышают сопротивление движению дислокаций, т. е. повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность и вязкость.

Таким образом, углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Зная изменение механических свойств в зависимости от структуры (количества углерода) можно определить технологический процесс обработки той или иной стали.

 

Рис. 2.1. Влияние углерода на свойства горячекатаных сталей

 

Металлографический анализ

В процессе производства металла (выплавки, разливки в слитки, горячей и холодной деформации, механической обработки, сварки, термической обработки) формируется структура, но одновременно возникают и частично «залечиваются» дефекты металлургического производства. Металлографический анализ предусматривает выявление дефектов, особенностей структуры и, как следствие, прогнозирование поведения металлов в эксплуатационных условиях.

Дефект – каждое отдельное несовершенство продукции или несоответствие требованиям, установленным нормативной документацией.

Для оценки соответствия материала детали надлежащему качеству или отдельно взятого сварного соединения используются разнообразные методы макро и микроанализа.

Термин «макроисследование» объединяет методы и способы контроля качества материала (детали, узла) невооруженным глазом или с помощью лупы. Понятие «микроисследование» связывает способы анализа микроструктуры материала с помощью оптического микроскопа. В совокупности обе названные группы методов составляют сущность металлографического анализа.