Металографски анализ, Заваряване и заварчик
Многобройни и различни методи за изследване на металите могат да бъдат разделени на две групи:
1. Методи, които ви позволяват да определите структурата и трансформациите, които се случват в металите. Тези методи са разделени на структурни методи, които ви позволяват директно да наблюдавате структурата на металите и методи, които се основават на връзката между структурата и свойствата на металите.
2. Методи, които ви позволяват директно да определяте свойствата на металите, предимно механични, както и физични, химични и др.
Структурните методи включват макроскопски и микроскопски анализи. Макроскопичната структура е структурата или структурните характеристики на метали и сплави, които могат да се наблюдават с невъоръжено око или при малки увеличения (до 30 пъти), което ви позволява да изучавате големи повърхности на детайли, както и да правите изводи за качеството на метала и условията на предишна обработка. Макроанализът, за разлика от микроскопския анализ, не позволява да се определят всички структурни характеристики на метала и следователно често няма да бъде окончателен, а само предварителен тип изследване. Методът на макроанализа определя: видът на счупването е вискозен, крехък: нафталин, камък, порцелан; нарушаване на непрекъснатостта на метала (отвори за свиване, порьозност, фистулни пукнатини, дефекти на заваряване (липса на топене, включвания на шлака и др.); - структурата на лят и деформиран метал; химическа хетерогенност (сегрегация).
Обектите на макроскопския анализ са:
- повърхността на неразрушения продукт; - прегъвания; - макроразрези.
Повърхностите на неповредения продукт се изследват сравнително рядко, като правило, за идентифициране и характеризиране на пукнатини, образувани по време на работа или производство. Разкриващипукнатините е предмет на специална наука за откриване на дефекти. При изследване на повърхността на заварени съединения по външен вид е възможно да се определи методът на заваряване, повърхностните дефекти, качеството на образуване на заваръчния шев. Счупванията могат да бъдат различни по форма, вид и варират в зависимост от състава на метала, неговата структура, индивидуалните дефекти, условията на обработка и състоянието, в което е настъпило разрушаването. Методът се състои в изследване на повърхности, образувани по време на разрушаването на метални проби. С помощта на този метод се определят: формата и големината на зърното, вида на счупването, характера на разрушаването. Изследването на счупване ви позволява да оцените качеството на метала, а областта на науката за материалите, която се занимава с това, се нарича фрактография. Дребнозърнестият счупване показва по-високи механични свойства от едрозърнестия. Чрез счупване може да се определи естеството на счупването: пластично, крехко или причинено от умора на метала. Има такива видове фрактури:
Дуктилната фрактура има неравно-изгладен релеф с издатини или чашки, което показва значителна пластична деформация преди разрушаване. Повърхността е матова, не е възможно да се прецени формата и размера на металните зърна по вида на стягащата фрактура.
Крупкото счупване се характеризира с наличието на лъскави участъци (фасети) на повърхността. Счупването в този случай протича без забележима пластична деформация. Формата на зърната не е изкривена, което дава възможност да се прецени техният размер. Крехката фрактура се разделя на междукристална и транскристална. При междугрануларна фрактура фрактурата възниква по границите на металните зърна поради наличието на неметални включвания (сулфиди, оксиди, карбиди, нитриди) на границите, с транскристална фрактура - през зърно по плъзгащата се равнина на кристалната решетка. чупливсчупването е много опасно, тъй като често се случва при напрежения под границата на провлачване.
Видът на счупването зависи не само от материала, но и от условията на разрушаване (температура, скорост на прилагане на натоварването и др.). Разновидностите на крехко счупване са нафталин, камък, порцелан.
Нафталинова фрактура - транскристална с големи зърна и селективен блясък, като нафталинови кристали. Такова счупване показва повишена крехкост на стоманата и се наблюдава при легираните инструментални стомани. Камъкоподобната фрактура е едрозърнеста междукристална фрактура. Причината за такова разрушаване са примеси, които се концентрират по време на прегряване на метала в граничните зони или директно на границите на зърната. Счупването на порцелан е типично за правилно закалена стомана, видът на счупването е тъп, финозърнест. Обикновено счупванията са смесени, т.е. на повърхността на счупването има области на пластично и крехко счупване.
Счупването от умора на метала се образува при циклични натоварвания. Състои се от три зони: зараждане на пукнатини, разпространение на пукнатини и счупване. Първата зона е равна и гладка. Разраствайки се по време на експлоатацията на продукта, пукнатината образува зона на умора на счупване с характерни концентрични бразди или дъги и финозърнест порцеланов счупване. Доломът преминава внезапно и може да бъде вискозен или крехък.
Макросрез е проба със шлифована и, ако е необходимо, гравирана повърхност, изрязана от изследваната част. Изборът на проби за производство на тънки профили се определя от вида на обекта на изследване (слитък, коване, леене, заварено съединение и др.), Размера на обекта. Разрезът трябва да бъде изготвен в такъв разрез, в който хетерогенността или структурните особености на конструкцията са най-ясно видими.Обектът, подготвен за изследване, се изрязва по механичен начин. При термично рязане е необходимо да се остави значителна надбавка за обработката на секцията. Малките части се изрязват за изследване в правилната посока и в тази форма се изпращат за по-нататъшна обработка. От големи части се изрязват специални проби (шаблони) с дебелина най-малко 15 - 25 mm. Една от плоските повърхности се шлайфа ръчно или на шлифовъчна машина. При преминаване към по-тънък шлифовъчен материал, посоката на смилане се променя на 90° и се шлайфа, докато изчезнат чертичките от предишния шлифовъчен материал. След това пробата се измива с вода и се изсушава. За откриване на дефекти във формата на заваръчните шевове се ецва обезмаслен участък. Реагентът активно засяга области, където има дефекти и неметални включвания, тоест по-разклонена и активна повърхност, разкриваща границите на заваръчния шев, неговата конфигурация, броя на слоевете при многопроходно заваряване и др.
Микроскопският анализ се състои в изследване на структурата на материалите при голямо увеличение с помощта на микроскоп. В зависимост от необходимото увеличение за ясно наблюдение на всички фази, тяхното количество, форма и разпределение в микроскопите се използват:
- бяла светлина и конвенционални оптични системи, които са съставени от комбинация от стъклени лещи и призми (оптична микроскопия);
- електронен лъч, т.е. поток от електрони, за чието образуване се използват електромагнитни и електростатични лещи (електронна микроскопия).
Нека разгледаме по-подробно методите на оптичната микроскопия. Използването на бяла светлина позволява да се наблюдава металната структура при общо увеличение от няколко десетки до 2000 пъти. На практика тази стойност не се преувеличава 1000 пъти, което дава възможност да се наблюдават структурни елементи с размерне по-малко от 0,2 μm и допринася за разпространението на оптичната микроскопия за изследване на структурата на много метални сплави. С помощта на микроанализа е възможно да се определи формата и размера на отделните зърна, фази, техния състав, относително местоположение, да се идентифицира наличието на включвания, микродефекти, което прави възможно характеризирането на свойствата на металите и сплавите.
Изследването с помощта на оптични микроскопи се извършва върху специално подготвени проби - микросрезове. Микроразрезът се прави в следната последователност: изрязване на пробата; изравняване на повърхността на рязане, грубо шлайфане; фино шлайфане, полиране. Пробата се изрязва от тази част на детайла или детайла, която в това изследване представлява най-голям интерес. Пробите се изрязват с ножовка, фреза, фреза, диамантено колело или електроискров метод. В процеса на рязане на проби не се допуска значително нагряване, тъй като може да причини структурни промени в метала. Ако частите са малки (тънък лист, тел и др.), те се затягат в специални скоби, за да се получи тънък профил или се изсипват в дорници с топими материали (сплав на Ууд, сяра, пластмаси, епоксидни смоли). Грубото шлайфане се извършва върху специални абразивни колела или шкурка. След грубо смилане, пробата се измива с вода и се преминава към фино смилане чрез промяна на посоката на 90 ° и смилане на хартия с размер на зърното от 125 до 20 микрона, докато тиретата от предишната операция изчезнат напълно. В допълнение към шлифовъчната хартия можете да използвате специални пасти (диамант, GOI и др.). След смилане образецът се измива и полира с полиращи емулсии, нанесени върху кърпата. Полиращите материали могат да бъдат оксиди на алуминий, хром, желязо. Полирането продължава 5 - 10 минути, след което пробата придобива огледален видповърхност. Готовата проба се измива, изсушава и изследва под микроскоп при увеличения 100 - 150 пъти за оценка на качеството на повърхността. Ако има рискове по повърхността на пробата, те се връщат към полиране или фино шлайфане. След подготовка на висококачествена повърхност на секцията, тя подлежи на ецване. Гравирането се извършва чрез потапяне на пробата с полирана повърхност във вана с реагент или избърсване на повърхността с памук, напоен с реагент. Взаимодействието на метала с реагентите протича по следната схема. Тъй като повърхността на микросреза е нехомогенна, различните компоненти имат различни електродни потенциали и при взаимодействие с реагента повърхността е комплекс от микрогалванични клетки. Областите на повърхността с по-нисък потенциал действат като аноди и ще се разтворят. Границите на зърната са интензивно гравирани, които обикновено са по-обогатени с различни примеси от зърното. В резултат на ецване върху повърхността на сечението се образува микрорелеф. По-дълбоко гравираните зони показват повече разпръснати лъчи, когато се гледат под микроскоп и изглеждат по-тъмни. При производството на микросекции е необходимо да се спазват следните правила:
1. Не правете рязък преход от грубо към фино шлайфане, а постепенно намалете размера на зърната на шкурка. 2. По време на процеса на полиране не притискайте силно пробите към диска за полиране. 3. Преди ецване избършете повърхността на пробата с памучен тампон, потопен в алкохол. 4. След ецване избършете среза със спирт и подсушете с филтърна хартия.
За наблюдение и фотографиране на структурата на металите и сплавите се използват металографски микроскопи (МИМ-7, МИМ-8, МХМ-9, Неофот-21) - устройства, които използват отразена светлина от непрозрачен обект - тънък срез. В този случай структурите на сплави, представляващиса твърди разтвори или химични съединения, се гравират равномерно по време на подготовката на микросрезовете, запазват гладка повърхност и, когато се гледат под микроскоп, са светли зони (поради отразяване на светлината). Сплавите, които са механични смеси, се ецват с различна интензивност, което води до неравна повърхност на микросреза, която разсейва светлината и такива места се наблюдават в микроскопа като тъмни зони. Следователно структурата на хипоевтектоидната стомана ще се състои от леки феритни зърна (твърд разтвор на въглерод в α-желязо) и тъмни перлитни зърна (механична смес от ферит и цементит).
За хиперевтектоидните стомани структурата се състои от тъмни перлитни зърна (0,8% C), рамкирани от светла цементитна мрежа (6,67% C). Съответно формулата за изчисляване на съдържанието на въглерод за хиперевтектоидни стомани е:
За практическото определяне на фазовото разделяне е препоръчително да се използва простият метод на Розивал, който се основава на принципа на Кавалиери: ако обемите на две тела, разположени между две равнини, са в постоянно съотношение, тогава равнините на сечението на тези тела са в същото съотношение с успоредни равнини. За да определим фазовото съотношение, начертаваме сегмент от права линия върху микроснимка или изображение на микроразрез, така че да пресича няколко структурни елемента. Този сегмент ще раздели отделните зърна на структурата на определен брой сегменти. Общата дължина на сегментите, които попадат на всяка фаза поотделно, е пропорционална на площта на фазите и, според принципа на Кавалиери, на обемите на фазите. Дължината на сегментите се измерва с мащабна линийка върху шлифовано стъкло на микроскоп или с окулярен микрометър директно в зрителното поле.