Теоретическое обоснование. Макроскопический анализ является одним из видов исследования или контроля металлических изделий и состоит в изучении макроструктуры спла­вов

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 (s_в).

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 (s_s). 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.