Изучение волокнистой макроструктуры деформированного металла после глубокого травления.

Продукцией металлургических предприятий, как правило, является металл, претерпевший горячую обработку давлением – ковку, штамповку, прокатку и т.д. При деформировании дендриты, вначале дезориентированные, постепенно поворачиваются и вытягиваются вдоль направления деформации. Вытягиваются и неметаллические включения. В результате этого формируется типичная для деформированного металла волокнистая структура (рис. 6).

 

Рис. 6 Макроструктура металла после глубокого травления. Волокнистое строение

 

При определении механических свойств необходимо помнить, что металл с волокнистой структурой обладает анизотропией, то есть различием свойств в зависимости от направления. Пластичность, ударная вязкость и прочность материала поперек волокна выше, чем вдоль. Поэтому ответственные детали, особенно работающие при высоких динамических нагрузках (коленчатые валы, шестерни, шатуны, молотовые штампы, клапаны, крюки), изготовляют так, чтобы волокна в них не перерезались, а соответствовали конфигурации изделия. При обработке резанием детали из деформированной стали, ее волокна перерезаются, что резко снижает прочность детали. Макроанализ позволяет установить способ изготовления деталей – обработка давлением или резанием (рис. 7 а, б).

Рис. 7. Макроструктура (зарисовка) продольного разреза коленчатого вала с правильным (а) и неправильным (б) расположением волокон.

 

 

Выявленная химическим травлением макроструктура сварного шва приведена на рис. 8. Около металла шва выявлена зона термического влияния в виде более темных участков.

 

основной металл

 

Рис. 8. Макроструктура сварного соединения

 

 

Порядок проведения работы

§ Изучить изломы выданных образцов металлов. По виду излома определить его характер. Связать тип излома с механическими свойствами стали. Заполнить таблицу 1.

Таблица 1

Вид излома (зарисовка)	Характерные признаки
1. хрупкий
2. вязкий
3. усталостный

 

§ Изучить дендритную и волокнистую макроструктуру металла после глубокого травления. Строение металлического слитка.

§ Изучить строение сварного соединения.

 

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. Цель исследования.

2. Основные положения: сущность и назначение макроанализа. Основные виды макроанализа – изучение изломов и макрошлифов: выявляемая структура и ее связь с условиями формирования и механическими свойствами.

3. Методика исследования.

4. Результаты исследования изломов металлов (таблица 1).

5. Макроструктура, выявленная глубоким травлением:

а) дендритное строение литого металла; строение стального слитка и его связь с закономерностями кристаллизации – зарисовка, объяснение;

б) волокнистое строение металла после горячей обработки давлением; зарисовка образца с волокнистым строением, объяснение;

в) строение сварного соединения.

5. Выводы из полученных результатов.

 

 

Литература

1. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. Материаловедение: Учебник.- 3 – е изд. М.: Изд – во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, 648 с.

2. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин. М.: Высшая школа, 2000. 638 с.

3. ГОСТ 10243-75

 

 

Контрольные вопросы

1. Что позволяет выявить макроанализ?

2. Каковы характерные признаки хрупкого излома?

3. Каковы характерные признаки вязкого излома?

4. Под действием каких напряжений возникает усталостный излом?

5. Назовите характерные зоны усталостного излома.

6. Каковы этапы изготовления макрошлифа?

7. Какое строение имеет литой металл и каким методом оно выявляется?

8. Как изменяется размер зерна в слитке от поверхности к сердцевине?

9. Что такое ликвационная зона и где она расположена в слитке?

10. Что такое степень переохлаждения?

11. Каково строение деформированного металла и каким методом макроанализа оно выявляется?

12. Что такое анизотропия?

 

Приложение 1. Основные травители для выявления макроструктуры сплавов

Порядковый номер травителя и его название	Состав травителя	Назначение травителя	Условия травления
1. Водный раствор азотной кислоты	5% раствор азотной кислоты	Хорошо выявляет пустоты (пузыри, непровары в сварных швах, трещины), волокнистую структуру, зоны сварных соединений, флокены   Можно применять для выявления дендритной структуры     Применяется для углеродистой и низколегированной сталей.	Травитель применяют в холодном состоянии. Продолжительность травления от нескольких до 30 минут   Образец погружают в реактив или протирают поверхность макрошлифа ватным тампоном, смоченном в травителе   Промывка в воде, сушка. Иногда полезна тонкая шлифовка очень мелкой шкуркой для более контрастного выявления макроструктуры
2. Водный раствор смеси соляной и серной кислот	100 см3 HCl, 200 см3 H2SO4 300 cм3 H2O	Выявляет ликвацию, волокнистую и дендритную структуру, пустоты и другие дефекты большинства сталей. Реактив для глубокого травления	Травители применяют в горячем состоянии (95…100 оС). Продолжительность травления до 2 ч. Образцы погружают в раствор
3. Водный раствор азотной и соляной кислот	33 см3 азотной кислоты 33 см3 соляной кислоты 33 см3 воды 5 г хромпика (двухромовокислого калия)	Выявляет макроструктуру нержавеющей стали	Погружение образца в травитель
4. Водный раствор серной кислоты и хромового ангидрида	7,5 см3 серной кислоты, 10 г хромового ангидрида, 80 г воды	Выявляет общую макроструктуру, дефекты	Температура 50 … 70 оС, длительность не менее 10 минут

 

 

Материаловедение

 

МАКРОСТРУКТУРНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ (МАКРОАНАЛИЗ)

Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей

Составитель: Л.Е. Афанасьева

Редактор В.А. Румянцева

Технический редактор Г.В. Комарова

__________________________________________________________

Подписано к печати Формат 60х84 ¹ ₁₆ Бумага писчая

Физ. печ. л. 0,75 Усл. печ. л. 0,7 Уч.-изд. л. 0,87

Тираж 100 экз. Заказ № Цена ___________________________________________________________

Издательство ТГТУ