Badania metalograficzne makroskopowe

Metodyka badań makroskopowych zależy od zastosowanego sposobu badań, które zostaną omówione tylko przykładowo.

3.3.1. Obserwacja przełomów

7 6

4

5

8

1 2 3

o bardzo małej chropowatości. Ze strefy przyogniskowej pęknięcia rozprzest-rzeniają się w głąb materiału, tworząc strefę zmęczeniową, która charakteryzuje się gładką, muszlową powierzchnią z zaznaczonymi liniami zmęczeniowymi, które powstają w wyniku umocnienia materiału pod wpływem obciążeń. Coraz silniejsze osłabienie elementu przez postępujące pęknięcie prowadzi do szyb-kiego niszczenia w końcowej części złomu, zwanej strefą resztkową. Wykazuje ona budowę ziarnistą dla materiałów kruchych, a włóknistą dla materiałów ciągliwych. Zwykle strefa zmęczeniowa jest oddzielona od strefy resztkowej strefą przejściową o wzrastającej chropowatości.

Badanie makroskopowe przełomów stanowi ważny wskaźnik oceny mate-riału. Na podstawie wyglądu i umiejscowienia przełomu można wnioskować o przyczynach zniszczenia elementu konstrukcyjnego, którymi mogą być: wady materiałowe, niewłaściwy kształt elementu czy też przeciążenie.

Badania przełomów pozwalają też na określenie wielkości, kształtu i ułoże-nia kryształów. Wielkość ziarn można określić przez porównanie ich z ziar-nami przełomów wzorcowych. W Polsce przyjęto skalę wzorców zbliżoną do skali szwedzkiej Jernkontoret (PN-84/H-04507/03). Przy stałej kontroli przeło-mów podczas obróbki cieplnej lub cieplno-chemicznej można wyciągnąć wnioski dotyczące prawidłowości parametrów tych procesów, określając gru-bości charakterystycznych stref i wielkości ziarn. Grubość warstwy zahar-towanej na przełomie jest łatwa do określenia ze względu na wyraźną różnicę wielkości ziarn części zahartowanej i niezahartowanej. Podobnie można określić grubość warstwy nawęglonej - po zahartowaniu warstwa ta ma drobniejsze ziarno niż nienawęglony rdzeń.

3.3.7. Badania przekrojów

Badania makroskopowe przekrojów pozwalają na:

■ ujawnianie nieciągłości w materiale, takich jak pęcherze gazowe, pory i jamy skurczowe, rzadzizny, zawalcowania itp. Są one widoczne na powierzchni szlifu bez trawienia (fot. 3.8a, b). Nieciągłości mało widoczne ujawnia się trawiąc powierzchnię szlifu odczynnikami do głębokiego trawienia (tabl. 3.1). Odczyn-niki te są zwykle roztworami jednego lub kilku kwasów i działają korodująco na powierzchnię szlifu, znacznie powiększając nieciągłości materiałowe (pęk-nięcia, porowatości);

■ ujawnianie struktury pierwotnej oraz segregacji fosforu i siarki. Pod pojęciem struktury pierwotnej rozumie się strukturę powstającą w wyniku fizykochemicznego procesu krzepnięcia. Struktura odlewu dzieli się na kilka stref, różniących się wielkością ziarn, kształtem i ilością zanieczyszczeń.

43

Tablica 3.1 Niektóre odczynniki do badania makro struktury stopów żelaza,

wg PN-61/H-04502

Zastosowanie odczynnika

1 Ujawnia segre-gację fosforu i węgla oraz w

Elektrolitycznie - żelazo ulega rozpuszczeniu, miedź osadza się na powierzchni szlifu. Miej-sca bogatsze w fosfor barwią się na brunatno, bogatsze zaś w węgiel -na ciemno lub szaro

Miejsca wolne od fos-foru ulegają wytrawieniu i ciemnieją, zawierające zaś fosfor pozostają nie-naruszone

Za pośrednictwem kwa-su siarkowego wtrącenia siarczków żelaza i man-ganu wywołują reakcję bromku srebra na pa-pierze fotograficznym na brązowy siarczek srebra. Fosforki pozosta-wiają na papierze jaś-niejsze plamy

Sposób trawienia

5

Szlifowanie próbki za-kończyć papierem ścier-nym średniej grubości ziarna. Osadzającą się podczas trawienia na po-wierzchni próbki warstwę miedzi spłukać strumie-niem wody przecierając szlif watą. Usunięcie miedzi przyspiesza zmy-wanie wodnym roztwo-rem amoniaku. Czas tra-wienia 0,5 — 5 minut Próbkę bardzo gładko wyszlifować lub wypole-rować. Warstwę miedzi usuwa się ze szlifu, jak dla Ma lFe. Czas tra-wienia - kilka sekund do 2 minut

Szlifowanie próbki za-kończyć na papierze ściernym średniej gru-ziarna. Fotograficzny pa-pier brosrebrowy mo-czyć w odczynniku przez 2—5 minut, osuszyć na-stępnie bibułą. Położyć szlif i przycisnąć wałkiem gumowym. Po 1 — 2 mi-nutach (niekiedy po 15mi-nutach) papier zdjąć, utrwalić w utrwalaczu fo-tograficznym, przemyć wodą i suszyć. Próbę wykonywać w tempera-turze pokojowej

Cd. tablicy 3.1

Korodujące - wyżera wtrąceniu niemetalicz-ne, silnie atakuje brze-gi nieciągłości materiału

Atakuje strefy, w któ-rych została przekroczo-na granica plastyczności, ujawniając je w postaci tzw. „linii odkształceń"

Wyraźnie uwidacznia spoiny i warstwy napawane

5 Zazwyczaj wystarcza zgrubna obróbka me-chaniczna badanych po-wierzchni. Trawić pod wyciągiem w tempera-turze 60-70°C

Przed wykonaniem szli-fu zaleca się wygrzewać próbkę w temperaturze 150-300°C w ciągu 1 godz. Wypolerowany szlif trawić w odczynni-ku w ciągu 1 — 3 minut, pocierając watą i często zanurzając w odczynni-ku i sproszkowanym chlorku miedziowym. Po ujawnieniu „linii od-kształceń" spłukać 50%

roztworem HC1 (1,19), a następnie wodą Polerowanie szlifu jest zbędne.

Szlif trawić w tempera-turze pokojowej

45 barwi się na ciemno

Warstwa odwęglona pozostaje jasna

Warstwa zahartowana barwi się na ciemno

5

Próbkę należy oszlifować na papierze ściernym średniej grubości ziarna.

Trawić w temperaturze pokojowej

Próbkę należy wypole-rować. Trawić w tempe-raturze pokojowej Próbkę należy oszlifo-wać na papierze ścier-nym średniej grubości ziarna. Trawić w tempe-raturze pokojowej

Ponadto w obrębie każdego ziarna pierwotnego występuje segregacja składu chemicznego. Na przykład przy krzepnięciu austenitu w stali osie dendrytów (ziarn pierwotnych) są bogatsze w żelazo, a ich granice ziarn w fosfor.

Wytrawiając badany zgład selektywnie działającym odczynnikiem ujawnia się miejsca o obniżonej lub podwyższonej zawartości zanieczyszczeń i uwidacznia wielkość i ułożenie pierwotnych ziarn. Miejsca o różnej zawartości fosforu w stali ujawnia się np. za pomocą odczynnika Oberhorffera (fot. 3.9). Do ujawniania rozmieszczenia wtrąceń siarczkowych wykorzystuje się odczynnik Baumanna. Próba Baumanna badania makrostruktury objęta jest PN-87/H-04514. Wynik próby ustala się na podstawie oględzin otrzymanej odbitki na papierze fotograficznym (fot. 3.8c, d). Z charakteru rozmieszczenia siarczków można często wnioskować o sposobie kształtowania przed-miotów.

■ ujawnianie budowy włóknistej będącej wynikiem przeróbki plastycznej.

Włóknistość może być ujawniona po wytrawieniu szlifu odczynnikiem Jacewi-cza (fot. 3.10). Obecność stref, w których przekroczona została granica plastyczności, wskazują tzw. linie odkształceń, które można wykryć w stalach węglowych za pomocą odczynnika Fry. Odczynnik ten silniej atakuje miejsca, gdzie nastąpiło przekroczenie granicy plastyczności;

■ badanie makroskopowe połączeń spawanych, które jest często spoty-kanym sposobem badania jakości spoin. Aby ujawnić strukturę makro-skopową złącza, obrobioną powierzchnię trawi się odczynnikiem zalecanym przez normę, np. odczynnikiem Adlera. Obserwacja obejmuje całe złącze spawane począwszy od spoiny, poprzez strefę wpływu ciepła aż do

niezmie-nionego materiału rodzimego i pozwala na określenie: budowy spoiny, wad makroskopowych w spoinie, jakości wtopienia, szerokości strefy wpływu ciepła, budowy materiału rodzimego (fot. 3.11).

Badania metalograficzne makroskopowe z reguły poprzedzają badania mikroskopowe, pozwalają bowiem na wytypowanie miejsca, z którego pobiera-ny jest materiał do badań szczegółowych struktury.