Методы исследования структуры металлов.

Макроанализ. Этим методомопределяется макроструктура, т.е. структура металла или сплава, видимая невооруженным глазом или при небольших увеличениях, не превышающих 10-кратных.

При исследовании макроструктуры можно выявить:

а) дефекты слитка: трещины значительной величины, величину и форму усадочных раковин и рыхлостей – газовые пузыри, неметаллические включения;

б) неравномерное распределение отдельных примесей, входящих в состав стали (ликвация);

в) расположение волокна в поковках, прокате и т.д.

Макрошлифы изготовляют следующим образом. Из исследуемого металла или сплава вырезают образец, отшлифовывают одну из поверхностей, а затем травят эту поверхность реактивами (серной, соляной и другими кислотами). Поверхность травленого шлифа рассматривают при небольшом увеличении. Для определения химической неоднородности, т.е. неравномерного распределения в металле серы и фосфора, бромосеребряную фотобумагу смачивают 5-процнетным раствором серной кислоты, просушивают до удаления остатков кислоты и плотно прижимают к отшлифованной поверхности. Места, богатые серой, дадут на бумаге более темные отпечатки.

Микроанализ. Микроанализвыявляет структуру металла или сплава, видимую при большом увеличении – до 3500 раз, а в электронные микроскопы в десятки тысяч раз. Эта структура называется микроструктурой (Рис.12.).

При исследовании микроструктуры можно выявить:

а) наличие неметаллических включений;

б) величину, форму и расположение зерен;

в) отдельные структурные составляющие сплава;

г) различные микродефекты (волосовины, трещины, раковины);

д) качество термической обработки, глубину закалки, цементации, азотирования и др.

Для изучения микроструктуры применяют микрошлифы, изготовленные тонким шлифованием и полированием. После полирования шлифы травят. Для травления чугуна и стали, служит 4-процентный раствор азотной кислоты в спирте, для травления алюминиевых сплавов – 0, 5 – процентный раствор фтористой кислоты в воде.

а б

Рис.12. Микроструктуры: а – алюминиевой бронзы;

б – стали.

Рентгеновский анализ. Рентгеновский анализ применяется для следующих видов исследования металлов:

а) структуры кристаллов: формы кристаллической решетки и ее параметров;

б) определение внутренних дефектов.

Рентгеновские лучи имеют очень короткую длину волны, измеряемую в ангстремах (10^-8см = 0, 0000001см). Поэтому, когда они направлены на кристаллическую решетку испытываемого образца, они отражаются от ее атомов. Отраженные лучи либо усиливают падающие лучи, либо ослабляют их. Усиленные лучи дают темные пятна, на фотопластинке появляется группа пятен, имеющих определенное расположение. По характеру расположения пятен определяют форму кристаллической решетки и ее параметры.

Спектральный анализ. Химический состав металлических сплавов и других веществ можно исследовать по спектру, получающемуся от свечения их в раскаленном состоянии. Когда металлы или сплавы раскалены до состояния газа или пара, они дают характерную для каждого элемента линию спектра.

Термический анализ. Термический анализ основан на том, что в процессе нагревания и охлаждения металлов и сплавов структурные превращения всегда сопровождаются выделением или поглощением тепла. Термический анализ выявляет эти тепловые эффекты, на основании чего строятся кривые охлаждения и таким образом определяются фазовые превращения.

Дефектоскопия металлов и сплавов. Дефектоскопия металлов позволяет выявить внутренние дефекты без нарушения целостности деталей. Существуют магнитная и ультразвуковая дефектоскопия. Магнитный метод применяется для исследования дефектов в ферромагнитных металлах, например в стальных изделиях, никеле и кобальте.

Этим методом выявляются дефекты, на глубине – до 2 мм (непровар шва, трещины, неметаллические включения). Сущность способа состоит в том, что детали, имеющие дефекты, намагничивают, затем на поверхность деталей ферромагнитный порошок, например порошок железа. Дефекты металла обладают низкой магнитопроницаемостью и рассеивают магнитные силовые линии, вследствие чего по краям дефектов образуются магнитные полюсы. Магнитные силовые линии как бы огибают контуры дефектов, замыкаясь в полюсах. Ультразвуковая дефектоскопия позволяет осуществлять эффективный контроль качества изделий и заготовок из любых металлов на большой глубине и выявлять в них дефекты без разрушения контролируемых изделий. Для контроля металлов применяют ультразвуковые волны с частотой колебаний 2 – 10 млн. гц. Эти волны возникают при колебании пластинки из кварца или титана бария зажатой между двумя металлическими пластинками, к которым подключен переменный ток, под действием тока пластинки будут колебаться в такт электрическим колебаниям. В результате колебаний создаются звуковые волны, они направляются на поверхность изделия. Эти волны вначале вызывают колебания поверхностных слоев металла, а затем передаются вглубь и проходят через всю толщу металла. Если на пути встретится дефект, интенсивность ультразвука измениться. По изменению интенсивности ультразвука, проходящего через дефектное место, выявляют дефект.