1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego. |
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
|
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne. 2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe). 2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
|
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
|
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
2. Badanie w jasnym polu Ze względu na to , że badane materiały są z zasady ośrodkami nieprzeźroczystymi, badania mikrostruktury materiałów prowadzi się w świetle odbitym. Podstawowym sposobem oświetlania preparatu jest doprowadzenie światła przez obiektyw mikroskopu tak, że pada ono prostopadle na powierzchnię badanego materiały. Obiekty o małym reliefie odbijają wówczas światło z powrotem do obiektywu i są widoczne jako jasne. Obiekty o dużym reliefie rozpraszają padające światło i są widoczne jako ciemne. To jest tzw. badanie w jasnym polu. Budowa mikroskopu: - obiektyw, - preparst, - przysłona polowa, okular, przesłona aperturowa, - kondensor, lampa, pryzmat. Większość mikroskopów do badań metalurgicznych budowana jest w tzw. układzie odwróconym tj. stolik przedmiotowy znajduje się ponad skierowanym ku górze obiektywem. Układ taki ułatwia zachowanie niezbędnego - prostopadłego położenia próbki do osi optycznej obiektywu. Metodyka przygotowania próbek do badań metaloznawczych. Należy unikać wprowadzenia zmian i zniekształceń struktury podczas wykonywania próbki. Pobranie próbki pierwotnej powinno odbywać się poprzez jej odłamanie, odcięcie lub odwiercenie przy ścisłej kontroli temperatury pobieranej próbki. Niedopuszczalne jest np. stosowanie wycinania próbki palnikami acetylenowo - tlenowymi. Najwłaściwszym narzędziem do wycinania próbek są piły i przecinaki z tarczami diamentowymi o regulowanej prędkości obrotowej i intensywnym chłodzeniu. Jeśli próbki są stosunkowo małe (poniżej 20x20 mm), dla ułatwienia szlifowania i polerowania, poddaje się je inkludowaniu tj. zatapia się je w żywicach syntetycznych akrylowych, epoksydowych lub fenolowych. Wyciętą i zaonkludowaną próbkę poddaje się szlifowaniu na papierach ściernych wodoodpornych. Czynność ta wykonywana jest najczęściej na szlifierkach talerzowych. Przed użyciem arkusze papiery należy moczyć w wodzie przez min. 1 godzinę. Stosowane ziarnistości papierów wynoszą od 150 do 1200 (oznaczenia handlowe).
1. Pod pojęciem właściwości materiału rozumie się: - właściwości mechaniczne w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych, - parametry materiału związane z jego odpornością na pękanie, - twardość, - właściwości magnetyczne, - przewodnictwo elektryczne i cieplne, jak i szereg wielkości fizycznych oraz parametrów jakościowych określających przydatność do zastosowania w określonych warunkach. Pod pojęciem struktury materiału rozumiemy: - strukturę jądra atomowego, - strukturę atomu, - s podstawowego zbioru atomów np. komórki elementarnej kryształu, - s zgrupowania cząsteczek lub struktura ziarna, - mikrostruktura materiału, - makrostruktura (budowa makroskopowa). Z punktu widzenia wpływu procesów technologicznych na strukturę oraz możliwości aparaturowych większości laboratoriów, szczególne znaczenie mają obserwacje budowy makroskopowej oraz obserwacje mikrostruktury metodami mikroskopii świetlnej. Pod pojęciem twardości rozumiemy miarę odporności materiału na działanie skupionych nacisków powierzchniowych. W przypadku niektórych metod pomiaru, istnieje wyraźny związek pomiędzy liczbą określającą twardość i innymi właściwościami mechanicznymi np. wytrzymałością doraźną. Liczne metody pomiaru twardości można sklasyfikować w kilku grupach: - metody porównawcze (np. próba zarysowania) - met, Mohsa, - metody statyczne - Brinella, Vickersa, Rockwella, Knoopa, - metody dynamiczne - Baumanna, - metody odskokowe - Shore'a, metody specjalne. Pod pojęciem mikrostruktury materiału rozumieć należy te szczegóły jego budowy, które są możliwe do zaobserwowania metodami mikroskopii świetlnej. Należą do nich: - rodzaje ziaren w materiale, - kształt ziaren, - wielkość ziaren, - rozmieszczenie ziaren, - mikroskopowe wady wewnętrzne.
|
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
|
3. Szlifowanie na papierze o kolejnej drobniejszej ziarnistości prowadzi się w kierunku prostopadłym do poprzedniego szlifowania, aż do zaniku rys po poprzednim papierze. Nie należy przy tym wywierać zbyt dużego nacisku na próbkę. Próbki szlifowane na papierze nr 600 mają wystarczającą jakość powierzchni do prowadzenia obserwacji makroskopowych. Próbki przeznaczone do obserwacji mikroskopowych poddaje się polerowaniu, najczęściej stosowaną metodą jest polerowanie mechaniczne przy użyciu past diamentowych o ziarnistości od 3 do 0,25 μm zwilżanych mieszaniną olejów syntetycznych i alkoholi lub przy użyciu wodnej zawiesiny AL2O3 o ziarnistości do 0,05 μm. Sposób wykonania i zasady polerowania są identyczne jak w przypadku szlifowania. W przypadku wykonywania dużej serii próbek ze zbliżonych materiałów dobre wyniki daje polerowanie elektrochemiczne. Zarówno próbki do badań makro- jak i mikroskopowych można poddawać trawieniu. Najczęściej stosowane odczynniki od trawienia makroskopowego są to stosunkowo stężone roztwory kwasów głównie siarkowego i solnego, oraz roztwory związków utleniających. Do trawienia mikroskopowego najczęściej stosowane są rozcieńczone roztwory kwasów i związków utleniających np.: - 2-5% kwasu azotowego w alkoholu etylowym - do stopów żelaza/ szczegółowe zasady doboru odczynników trawiących określone są w normach i specjalistycznej literaturze. Kontrast poszczególnych obiektów po trawieniu jest wynikiem: - mniejszej odporności granic ziaren na działanie odczynnika trawiącego, - odmiennej orientacji ziaren i przez to różnej ich odporności na działanie odczynnika, - różnej odporności różnych rodzajów ziaren na działanie odczynnika, - różnej grubości warstw nierozpuszczalnych produktów trawienia na poszczególnych ziarnach (mogą powstawać barwy interferencyjne). Wszystkie czynniki tworzące kontrasty mogą występować równocześnie, tworząc złożone obszary w polu widzenia mikroskopu.
4. Główne rodzaje cykli badań makroskopowych Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych wyodrębnić można 2 rodzaje cykli badawczych: badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych, badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych I1 strukturze pierwotnej odlewów 2niejednorotność składu chemicznego 3budowie włóknistej po przeróbce plastycznej 4niejednorodnosciach natury mechanicznej(np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. sfery wpływu ciepła) 5nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach i pęknięciach) 6wtrąceniach niemetalicznych 7grubości warstw nawęglonych i hartowanych powierzchniowo 8wielkości ziarna w materiale 9właściwosciach plastycznych i charakterze przełomu( plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w rożnych warunkach II 1 jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie 2jaki był przebieg procesu niszczenia (punk początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temp materiału w momencie awarii) 3 jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii Zmęczenie nazywa się zniszczenie elementu w wyniku działania naprężeń okresowo zmiennych; zazwyczaj o wartościach bezwzględnych znacznie mniejszych od wartości wytrzymałości statycznej. Zmęczenie zależy przede wszystkim od wartości charakteru zmian naprężenia oraz od liczby cykli jego zmian. Przełom zmęczeniowy metali jest rezultatem uszkodzeń ziarn i ich granic spowodowanych odkształceniem ziarn.
5. Próba Baumanna ujawnia rozkład wtrąceń siarczkowych w wyrobach stalowych. Próbę wykonuje się następująco. Bromosrebrowy papier fotograficzny zwilża się 2% roztworem wodnym kwasu siarczkowego i przykłada emulsją do wyszlifowanej powierzchni próbki na 2÷5 min. Następnie papier po spłukaniu wodą utrwala się kwaśnym utrwalaczem przez 10 ÷15min, płucze starannie woda i suszy. Dzięki reakcjom -na powierzchnia stali FeS+H2SO4=FeSO4+H2S, w emulsji papieru 2AgBr+ H2S=Ag2S+2HBr jasny bromek srebra w emulsji papieru przechodzi w brunatny siarczek srebra, utrwalając na odbitce rozkład wtrąceń siarczkowych. Przełom kruchy (międzykrystaliczny) przebiegający zwykle po granicach ziarn bez uprzednich odkształceń plastycznych, występujący w materiałach kruchych takich jak żeliwo, stal zahartowana, szkło. Przełom poślizgowy (transkrystaliczny) wzdłuż określonych płaszczyzn krystalograficznych zwanych płaszczyznami łupliwości i poprzedzony odkształceniem plastycznym; występuje on w materiałach ciągliwych, taki jak Al.,Cu, stal miękka i tworzywa sztuczne. W rzeczywistości oba rodzaje przełomu w czystej postaci występują rzadko najczęściej przełom ma charakter pośredni. Przełom kruchy ma wygląd ziarnisty i powstaje głównie pod działaniem naprężenia normalnego. Przełom poślizgowy ma charakter włóknisty spowodowany płynięciem silnie naprężonych części przekroju, a powstaje głównie pod działaniem naprężeń stycznych. Rodzaj przełomu zależy od własności materiału, temp i sposobu obciążenia. Obniżenie temp, duża szybkość odkształcenia, 2osiowy lub 3osiowy stan naprężenia występujący karbie mogą wywołać przełom kruchy w materiale ciągliwym. W niskich temp przełom jest przeważnie transkrystaliczny, co świadczy o większej wytrzymałości granic ziarn w tych warunkach. W temp podwyższonych jest najczęściej międzykrystaliczny poniwaz ze wzrostem temp wytrzymałość na rozciąganie granic ziarn zmniejsza się szybciej niż metalu. Wpływ szybkości odkształcenia jest odwrotny do wpływu działania temp, czyli obciążenie udarowe sprzyja powstawaniu przełomu transkrystalicznego, a obciążenie długotrwałe- przełomu międzykrystalicznego.
|