Макроанализ металлов и сплавов. Лабораторная работа № 2

1.

Лабораторная работа №2
Макроанализ металлов и сплавов
Лабораторную работу ведет старший преподаватель
кафедры ЭСМУ,
Тория Теодор Георгиевич

2.

Цель работы:
привить курсанту практические
навыки по установлению причин
нарушения исправного состояния
составных элементов судовой
техники и конструкций методами
макроанализа.

3.

МАКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
Макроструктурный анализ – один из основных
методов исследования, который проводится с
целью изучения макроструктуры и выявления
макродефектов металлов и сплавов. Этот анализ
осуществляется осмотром внешних поверхностей
изделий, изломов и макрошлифов
невооруженным глазом или при небольших
увеличениях (до 30 раз) с помощью
увеличительного стекла.

4.

МАКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
При осмотре поверхностей заготовок или изделия обнаруживаются: трещины, сколы,
отслаивание, оплавление, разъедание и другие дефекты. Трещины на заготовках – следствие
загрязнения слитка неметаллическими включениями (высокое содержание серы), а также
наличия литейных дефектов (плен, заворотов) на его поверхности. Шлифовочные трещины в
виде сетки на поверхности закаленных изделий появляются вследствие возникновения
больших растягивающих напряжений при нарушении режимов шлифования.

5.

ИЗЛОМ
Изломом называется поверхность, по которой произошло разрушение образца или детали. В
зависимости от режима термической обработки и условий эксплуатации изделия могут разрушаться
вязко или хрупко. В соответствии с этим изломы делятся на:
Вязкие
Хрупкие
Смешанные
нафталинистые
Шиферные
Усталостные

6.

ВЯЗКИЙ ИЗЛОМ
Вязкий (волокнистый) излом имеет пепельно-серый цвет. На
поверхности разрушения отсутствуют кристаллические фасетки.
Данному разрушению предшествует значительная пластическая
деформация. В связи с этим по излому нельзя судить о форме и
размере зерна. В связи с этим по излому нельзя судить о форме и
размере зерна. Имеет волокнистое строение, без кристаллического
блеска (неровные участки рассеивают свет, поэтому поверхность
излома кажется матовой). Характерным признаком является наличие
боковых скосов по краям излома. Первичные изломы редко бывают
вязкими. Относительно медленно развивающаяся вязкая трещина либо
заблаговременно обнаруживается, либо из-за чрезмерной
пластической деформации деталь еще до разрушения перестает
выполнять свои функции. Происходит при воздействии значительных
кратковременных сил, возникающих при заклинивании механизма или
нарушении технологического режима работы. Может иметь место при
длительном действии сил, вызывающих напряжения, превышающие
предел текучести материала детали.

7.

ШИФЕРНЫЙ ИЗЛОМ
Представляет собой мелкие расщепления, практически
не распространяющиеся вглубь металла или нитевидные
светлые участки, имеющие слоисто-ступенчатое
строение и ориентированные параллельно поверхности
деформации. Вид излома характерен для
деформируемой стали . Наблюдается в продольных
изломах (поперечные пробы), как правило, после
закалки и высокого отпуска, причем чаще всего на фоне
волокнистого излома.
В заводской практике шиферностью условно считают
указанные выше образования, длина которых не более
15 мм; при большей длине их классифицируют как
расслои.
В сухом волокнистом изломе шиферность, как правило,
отсутствует или проявляется в очень небольшой степени.
В кристаллическом изломе шиферность проявляется
менее четко и только после закалки и высокого отпуска.
При поломке проб, нагретых до температуры порядка
250 °С, шиферность практически не выявляется.

8.

ХРУПКИЙ ИЗЛОМ
Хрупкий излом характеризуется наличием на поверхности
блестящих плоских фасеток, образовавшихся в условиях
разрушения после отрыва. Имеет ярко выраженное
кристаллическое строение у недеформируемых
материалов и гладкое от сдвига у мягких материалов.
Кромки изломов гладкие, ровные, без скосов или с
небольшими скосами. Скос на хрупком изломе указывает
место долома - окончания разрушения. В большинстве
случаев начинают развиваться в зонах концентрации
напряжений (в местах приварки элементов жесткости,
пересечения сварных швов, у отверстий и галтелей, в зонах
резкого изменения толщины). Очагами часто являются
дефекты сварки (горячие и холодные трещины, непровары,
подрезы, шлаковые включения, поры, расслоения
металла). Происходит внезапно при однократном
приложении силы или под действием повторных ударных
сил при малой степени местной пластической деформации.

9.

НАФТАЛИНИСТЫЙ ИЗЛОМ
Представляет собой однородную поверхность
разрушения, проходящую по кристаллографическим
плоскостям образовавшегося при высоких
температурах крупнозернистого аустенита и не
имеющую явных признаков макропластической
деформации.
Вид излома характерен для литых и
деформированных сталей .
Крупные плоские участки в изломе имеют
характерный оттенок и селективный блеск,
изменяющийся при изменении угла падения света и
напоминающий блеск нафталина.
Наблюдается в основном в литых конструкционных
сталях. В деформированных сталях встречается реже,
причем обнаруживается на промежуточных стадиях
передела — после нагрева перед горячей
деформацией и быстрого охлаждения.

10.

В зависимости от условий эксплуатации детали и качества металла изломы
бывают усталостные, шиферные, нафталинистые.

11.

УСТАЛОСТНЫЙ ИЗЛОМ
Одной из основных причин разрушения деталей
судовой техники является усталостное
разрушение. Усталостью металла называется
процесс постепенного накопления
повреждений под действием повторнопеременных напряжений, приводящих к
уменьшению долговечности материала,
образованию трещин и разрушению его.
Свойство материала противостоять усталости
называется выносливостью.
К усталостным относятся изломы под действием
переменных нагрузок, когда разрушение
наступает после приложения большого числа
циклов нагружений. Усталостные изломы имеют
ряд характерных признаков, позволяющих их
отличить от других видов излома.

12.

На поверхности излома можно различить пять характерных зон:
фокус излома – малая локальная зона, близкая к точке возникновения начальной
макроскопической трещины усталости;
очаг разрушения – небольшая зона, прилегающая к фокусу излома. При больших напряжениях
может быть несколько очагов разрушения. На поверхности излома эта зона имеет наибольший
блеск и гладкость. Усталостные линии на очаге разрушения обычно отсутствуют.
участок избирательного развития соответствует зоне развившейся трещины усталости;
участок ускоренного развития трещин является переходной зоной между участками усталостного
развития трещины и зоной долома;
зона долома характеризуется признаками макрохрупкого разрушения

13.

Макрошлифом называется специальный образец (темплет), вырезанный в
определенном месте деталей и имеющий плоскую шлифованную поверхность, которая в
зависимости от цели исследования протравливается специальными реактивами.

14.

15.

На макрошлифах выявляются и изучаются следующие основные дефекты
стали: усадочная раковина, пористость, подкорковые пузыри, зональная и
дендритная ликвации, волосовины, неметаллические включения.

16.

Под термином ликвация (сегрегация) понимают образование в сплаве зон
различного химического состава. Они образуются только в тех случаях, когда
в растворе или в расплаве находятся несколько элементов.
Сера в стальных
изделиях может залегать
в виде так называемых
зон ликвации.
Различают следующие
виды ликвации:
- по удельной массе;
- зональную;
- дендритную;
- поверхностную.

17.

Исследование макрошлифов сварных швов позволяет определить качество сварки,
надежность сварного шва, макроструктуру наплавленного металла. В сварных швах
наблюдают следующие дефекты: непровар, пережог, пористость, трещина.
Непроварами называют отсутствие
соединения между основными и
наплавленным металлам. Причиной
непровара может быть загрязнение
поверхности свариваемых деталей или
недостаточная температура разогрева
основного металла. Пережог образуется
при нарушении режима сварки и
сопровождается окислением основного и
наплавленного металла. При этом
прочность шва понижается. Пористость
характеризуется наличием газовых пузырей
в сварном шве. Трещины вызываются
большими внутренними растягивающими
напряжениями, которые возникают при
охлаждении наплавленного металла.

18.

НАХОЖДЕНИЕ ЛИКВАЦИИ ПО МЕТОДУ БАУМАНА

19.

20.

КОНТРОЛЬНЫЕ
ВОПРОСЫ
• О чем можно судить по излому металла?
• Перечислите дефекты поверхности металла и причины их возникновения.\
• Характерные отличия вязкого и хрупкого изломов?
• Что такое усталостный излом и его характерные признаки?
• Опишите причины возникновения нафталинистого и шиферного излома в сталях.
• Методика изучения макрошлифов.
• Основные дефекты, выявленные при исследовании макрошлифа.
• Как определяется ликвация серы?
• Объясните механизм выявления серного отпечатка на фотобумаге по методу Баумана.
• Какие макродефекты можно выявить при изучении сварных швов?