Макроскопический анализ является одним из видов исследования или контроля металлических изделий и состоит в изучении макроструктуры сплавов. Макроструктурой называется строение металла или сплава, видимое невооруженным глазом или при небольших увеличениях (~ до 30 раз).
Целями макроскопического анализа (макроанализа), широко применяемого на металлургических и машиностроительных заводах, являются:
1. контроль качества металла (наличие физической и химической неоднородности, количество и расположение дефектов);
2. определение способа изготовления детали (литьем, обработкой давлением, сваркой, резанием);
3. установление причин разрушения детали при эксплуатации.
Макроскопический анализ проводится тремя способами:
осмотром поверхности детали или металла;
изучением изломов (изломом называют поверхность разрушенных
(при эксплуатации или специально)) образцов или деталей;
изучением специально подготовленных образцов - макрошлифов.
Исследование поверхности детали или заготовки проводят редко, так как этот способ макроанализа малоинформативен. На поверхности можно увидеть трещины или дефект металлургического производства.
Исследование изломов (фрактография) - один из распространенных способов анализа металлов. На изломе можно наблюдать трещины, газовые и усадочные раковины, шлаковые включения, глубину поверхностной термической обработки: незакаленная зона внешне отличается от закаленной. По строению излома можно сделать вывод о причинах поломки детали, о качестве термической обработки, о хрупком или вязком состоянии металла.
Вязкое состояние металла характеризуется матовым волокнистым изломом, который образуется в результате предшествующей разрушению значительной пластической деформации.
Хрупкое состояние металла отличает кристаллический (зернистый) излом, образующийся в результате отрыва одной части от другой по кристаллографической плоскости без предварительной пластической деформации. Хрупкий излом имеет блестящую поверхность.
Хрупкое и вязкое разрушение происходит в результате однократного превышения предела прочности металла (sв).
Вязкое или хрупкое состояние металлического материала зависит от химического состава, внутреннего строения, действующих напряжений и температуры эксплуатации. Вязкое состояние свидетельствует о хороших свойствах материала, а хрупкое - о его ненадежности.
Особое место занимает разрушение металла в результате усталости. Усталостью называют распространенное в практике разрушение металла под действием длительных повторно-переменных напряжений, меньших предела текучести (ss). Считается, что большая часть разрушений при эксплуатации является следствием усталости металла.
Усталостный излом состоит из трех зон (рис. 1):
1. Очаг разрушения - место зарождения разрушения из-за наличия какого-либо концентратора напряжений.
2. Участок распространения или развития усталостной трещины.
3. Зона долома (имеет хрупкий или вязкий излом, характерный для данного материала, разрушенного в результате однократного нагружения).
|
Рис. 1. Схема усталостного излома:
1 - очаг зарождения трещины;
2 - зона медленного развития трещины;
3 - зона долома.
Наибольшая информация при макроскопическом анализе может быть получена в процессе исследования поверхности макрошлифов. Макрошлиф представляет собой пластину толщиной 15 - 30 мм, которую вырезают в том месте, где нужно исследовать металл. В некоторых случаях макрошлиф готовят из целой детали или её части. С одной стороны пластину (деталь) обрабатывают на станке до получения ровной поверхности, а затем шлифуют наждачной бумагой или абразивным камнем. Для выявления макроструктуры проводят травление, используя концентрированные растворы кислот (холодных или горячих). Время травления 10 - 60 мин.
Анализ макрошлифов дает возможность получить достаточно полное представление о качестве металла. Анализом макрошлифов можно обнаружить:
1. Дефекты литого металла.
2. Дефекты металла после обработки давлением.
3. Дефекты металла после сварки.
