Краткие сведения из теории. Макроскопический метод исследования (макроанализ) металлов и сплавов заключается в исследовании их строения невооруженным глазом или при помощи небольших

Макроскопический метод исследования (макроанализ ) металлов и сплавов заключается в исследовании их строения невооруженным глазом или при помощи небольших увеличений (до 30 раз) с использованием лупы. При этом изучаются достаточно большие поверхности деталей (заготовок).

Макроанализ позволяет выявить:

· наличие в материале макродефектов (поры, трещины, усадочные раковины, рыхлоты, газовые пузыри);

· характер предшествующей обработки сплава (литье, обработка давлением, резание, сварка, наплавка, термическая и химико-термическая обработка и др.);

· структурную и химическую неоднородность;

· форму и размер зерна, в том числе волокнистость;

· причины и характер разрушения.

Структура материалов, наблюдаемая невооруженным глазом или при небольших увеличениях, называется макроструктурой.

Макроанализ проводят путем изучения:

· изломов;

· макрошлифов;

·

Наружные, или поверхностные, макродефекты расположены непосредственно на поверхности изделий.

В отливках часто встречаются пригар (трудноотделимая корка из смеси металла, формовочного песка и шлака), усадочные пустоты (образующиеся из-за уменьшения объема металла при его затвердевании), газовые пузыри (возникающие из-за большой газонасыщенности расплава), ужимины (полости в твердом металле, заполненные формовочным материалом), трещины, а также неметаллические включения (эндогенные и экзогенные).

В пластически деформированных изделиях наследуется часть дефектов литого материала, остальные могут видоизменяться. Усадочные пустоты превращаются в расслоения. Газовые пузыри окисленные и потому не заварившиеся, вытягиваются и образуют волосовины – тонкие трещины, расположенные в направлении деформирования. В некоторых легированных сталях возникают флокены – тонкие трещины, которые в поперечном сечении представляют собой овальные пятна серебристо-белого цвета. Причина их появления – внутренние надрывы, которые возникают в результате больших напряжений при выделении водорода в процессе остывания поковок стали, особенно крупногабаритных. Дефектами пластически деформированного металла является пережог (связанный с окислением металла по границам зерен), надрывы (обусловленные слишком большой степенью деформации), окалина (слой окисленного металла).

В термически обработанном металле чаще всего обнаруживается обезуглероживание (является результатом окислительного действия печной газовой среды, при этом на поверхности возникают мягкие пятна – участки с пониженной твердостью) и закалочные трещины, имеющие зигзагообразный характер и часто образующие сетку. В сварных изделиях основным дефектом являются трещины и непровар.

Внутренние дефекты выявляются при изучении изломов и макрошлифов. Излом – это поверхность, образовавшаяся вследствие разрушения металла. Изломы изучает наука фрактография. Анализ изломов играет важную роль при оценке причин и динамики разрушения металлических деталей, узлов, которое нередко приводит к авариям.

Цвет излома может быть разным – у сталей и белых чугунов он светло-серый, у серых чугунов и графитизированных сталей он черный. В зависимости от состава, строения сплава, наличия дефектов, условий обработки и эксплуатации изломы могут быть:

· вязкими;

· хрупкими;

· усталостными.

Хрупкий излом – светлый, имеет кристаллическое строение, на его поверхности наблюдаются блестящие плоские участки. Работа развития трещины при хрупком разрушении мала, а скорость распространения трещины весьма велика. Разрушение протекает без заметной пластической деформации. Интеркристаллическое, или интеркристаллитное, разрушение происходит по границам зерен; в этом случае видны исходные форма и размер зерен – примером является камневидный излом металла при перегреве, когда границы зерен обогащаются примесями и тем самым охрупчиваются. Транскристаллическое, или транскристаллитное, разрушение проходит по телу зерна вдоль определенных плоскостей скола – примером является нафталинистый излом с крупным зерном и избирательным блеском. Различают и другие виды хрупких изломов – ручьистый, шиферный, фарфоровидный и др. Обычно изломы имеют смешанный характер.

Усталостный излом возникает в результате разрушения металла под воздействием циклических (знакопеременных) нагрузок. Излом имеет ряд характерных зон:

· очаг разрушения – небольшая зона, содержащая фокус излома, – место локальной концентрации напряжений, где возникла зародышевая микротрещина усталости и откуда начинается ее развитие. Эта зона плоская и гладкая, располагается на поверхности детали или вблизи нее.

· зона усталости (зона постепенного развития трещины усталости) формируется при последовательном продвижении трещины усталости. В этой зоне видны характерные бороздки (линии усталости), имеющие конфигурацию колец, что свидетельствует о скачкообразном продвижении фронта трещины усталости. Направление продвижения указывают ручьи.

· зона долома образуется на последней стадии усталостного разрушения, когда в уменьшающемся рабочем сечении напряжения возрастают настолько, что вызывают практически мгновенное разрушение.

Поверхностное травление, проводимое менее агрессивными травителями, позволяет:

· выявить в сплавах ликвацию (химическую неоднородность сплава, возникающую при его производстве);

· наблюдать дендритное строение литых сплавов и волокнистость, характерную для строения деформированных сплавов;

· установить способ изготовления деталей обработкой давлением или резанием;

· обнаружить дефекты и присутствие неметаллических включений;

· оценить качество сварных соединений;

· выявить структурную (возникшую в результате термической обработки) или химическую (возникшую в результате химико-термической обработки или наплавки) неоднородность сплавов и готовых изделий.

Нарушение сплошности металла выявляют, применяя реактивы для глубокого травления. На макрошлифе сварного соединения выделяются зона основного металла и зона наплавленного металла (иногда с выраженным дендритным строением), разделяющая их линия сплавления, зона термического влияния (околошовная зона) – часть основного металла, примыкающая непосредственно к зоне наплавленного металла и испытавшая его тепловое воздействие. Можно также наблюдать дефекты сварного соединения – поры, трещины, непровар, подрез.