Grzegorz Tybura

156210

gr. T1

Rok 2009/2010

Laboratorium Nauki o Materiałach

Ćwiczenie nr 2: Badania makro, mikro i defektoskopowe

Badania makroskopowe

Polegają na obserwacji odpowiednio przygotowanych powierzchni, nazywanych również zgładami oraz przełomów elementów maszyn, nazywanych zamiennie złomami, okiem nie uzbrojonym lub przy powiększeniu do 30 razy. Niektóre źródła podają że, powiększenie to może sięgać aż do 50 razy, jednak stosowane są bardzo rzadko. Pojęcie makrostruktury obejmuje więc takie cechy budowy wewnętrznej, które możemy obserwować przy spełnieniu powyższych warunków.

Celem badań makroskopowych jest:

• Wykrywanie wad materiałów

Badanie to pozwala na określenie i selekcję materiałów przeznaczonych do dalszej przeróbki np. analiza struktura wlewka.

• Zdobywanie Informacji o budowie wewnętrznej elementu Obserwacja odpowiednio przygotowanych przekrojów pozwala na ustalenie w jaki sposób wygląda struktura wewnętrzna danego elementu. Uzyskuje się to dzięki „wywołaniu” struktury pierwotnej odlewu która pokazuje jak przebiegają nieciągłości wewnętrzne (rzadzizny, pęcherze pęknięcia), jaka jest grubość warstw nawęglanych i hartowanych powierzchniowo oraz pozwala na obserwację wielkości ziarna w materiale i jego rozkład.

• Określenie budowy i sposobu wykonania elementu Stosowanie różnego rodzaju odczynników np. odczynnik Heyna, pozwala na określenie w jaki sposób dany element został wykonany oraz czy było to prawidłowe, z punktu widzenia obróbki plastycznej i wytrzymałości materiałów

• Ustalenie przyczyny awarii Obserwacja powierzchni elementu lub przełomu powstałego podczas awarii

Podział odczynników do badań makroskopowych:

• Odczynniki do głębokiego trawienia (są to wodne roztwory kwasów działające korodująco na powierzchnię metalu)

• Odczynniki do trawienia powierzchniowego (zawierające sole miedzi jak np.. odczynnik Heyna, Anczyca, Adlera).

Badaniom

makroskopowym na

Laboratorium Nauki o

Materiałach zostały

poddane odlewy cynkowe

w formie piaskowej

(przedstawione na zdjęciu

i rys.)

Odlewy mosiądzowe (forma okiłowa).

Strefa kryształów

słupkowych

Strefa

transkrystalizacji

Badania złącz spawanych są kolejnym przypadkiem badań makroskopowych. Badania te pozwalają na ujawnienie błędów kształtu geometrycznego i wymiarów spoiny, strefy wpływu ciepła, wad budowy spoiny oraz nieciągłości metalu, spoiny i złącza. Do ujawnienia struktury spoiny służy Odczynnik Adlera. Odczynnik ten

ujawnia linie zanieczyszczeń czyli segregację fosforu i węgla w stali. Dzieje się tak ponieważ, spoina jest o nieco innym kształcie niż materiał rodzimy. Charakteryzuje się typową dla odlewu gruboziarnistą, dendrydyczną strukturą, a w przypadku spoiny wielowarstwowej widoczne są wyraźne granice poszczególnych warstw.

Spoina czołowa prawidłowa (po lewej) oraz spoina czołowa wadliwa, w której zauważalny jest brak nica oraz grani - próbka jest źle sfazowana.

Złom zmęczeniowy jest ostatnim przypadkiem zastosowania badań makroskopowych. Przełom zmęczeniowy to charakterystyczny rodzaj przełomu, elementu który uległ zniszczeniu pod wpływem działania obciążeń zmęczeniowych. Na powierzchni elementu możemy wyróżnić dwa obszary: gładki i ziarnisty. Obszar gładki charakteryzuje się tym, że widoczne są w tym miejscu przełomu charakterystyczne koncentryczne linie, mające swoje centrum w miejscu początku przełomu zwanym ogniskiem. Muszlowa część przełomu tworzy się w czasie rozwoju pęknięcia. Wygładzenie powierzchni jest wynikiem tarcia powierzchni pęknięcia wywołanego odkształceniami elementu podczas kolejnych cykli zmian obciążenia.

Proces ten rozpoczyna się mikropęknięciem w miejscu zwanym ogniskiem, tj. w miejscu lokalnej koncentracji naprężeń, wywołanej działaniem mikrokarbu.

Złom zmęczeniowy zdjęcie i schemat z zaznaczonymi elementami

Badania mikroskopowe

Podczas zajęć laboratoryjnych zapoznaliśmy się z metodą badań metalograficznych mikroskopowych przy użyciu mikroskopów optycznych oraz poznaliśmy budowę mikroskopów.

Badania mikroskopowe przeprowadza się w celu określenia rodzaju, wielkości, kształtu i rozmieszczenia składników strukturalnych w badanym materiale. Badania te przeprowadza się przez obserwację pod mikroskopem gładkich i płaskich powierzchni nazywanych zgładami, nietrawionych i trawionych w odpowiedni sposób, zależnych od rodzaju materiału i wykrywanych składników strukturalnych. Na zajęciach dokonywaliśmy badań niszczących( musieliśmy wyciąć próbkę ), żeliwa i stali. Wyniki są przedstawione na schematycznych rysunkach.

Badania defektoskopowe

Pozwalają na wykrywanie wad powierzchniowych i wewnętrznych, takich jak: pęknięcia, pory, pęcherze, rzadzizny lub inne nieciągłości materiału, większe wtrącenia niemetaliczne, itp., bez niszczenia badanego elementu. Są one stosowane głównie do kontroli jakości materiałów, gdyż ich zaletą jest możliwość 100 procentowej kontroli, a nie wyrywkowej, jak w przypadku metod niszczących. Na laboratorium zajmowaliśmy się metodami ultradźwiękowymi i radiologicznymi.

W badaniach ultradźwiękowych wykorzystuje się wpływ własności sprężystych i jednorodności struktury materiału na rozchodzenie się fal ultradźwiękowych. Badanie tego wpływu opiera się na obserwacji natężenia i zmian kierunku fal ultradźwiękowych w badanym materiale oraz na pomiarach czasu przejścia fal przez materiał.

Na rys. z lewej przedstawiony jest przebieg drgań mechanicznych przez przedmiot bez wad. Rysunek z prawej przedstawia przedmiot z wadą - pęknięciem. Dla przedmiotu bez wady mamy do czynienia z wejściem i wyjściem. Przy przedmiocie z wadą obserwujemy wejście następnie odbicie od wady i wyjście.

Badania radiologiczne

Badania radiologiczne wykorzystuję zjawisko absorpcji promieniowania rentgenowskiego lub promieniowania radioaktywnego przez materiały. Opierają się one na prostoliniowym przebiegu, które praktycznie nie ulegają załamaniu przy przejściu przez różne materiały, dzięki czemu można obserwować rzeczywisty obraz przedmiotu na kliszy lub ekranie. Źródłem promieniowania X jest lampa rentgenowska, a źródłem promieniowania γ - radioaktywny preparat naturalny (np. rad) lub sztuczny. Wiązka równoległych promieni przenika przez badany przedmiot, na którym zostaje częściowo rozproszona i absorbowana, częściowo zaś przepuszczona, dając na ekranie fluorescencyjnym lub kliszy fotograficznej obraz. Rysunek przedstawia obraz przedmiotu uzyskany po przejściu przez promienie Roentgena.

Wnioski

Zajęcia laboratoryjne dały możliwość zapoznania się z podstawowymi cechami budowy wewnętrznej elementów metalowych (poprzez analizę próbek), na podstawie obserwacji makroskopowych przekrojów i przełomów, a także nabranie umiejętności w ocenie uszkodzenia lub zniszczenia danego elementu. Pozwala to przy nabraniu odpowiedniej na określenie przyczyny awarii i analizę przyczyny jej powstania. Postęp technologiczny daje możliwość wykrycia i identyfikacji wady w sposób nieniszczący badanego materiał takich jak badania rentgenowskie, elektromagnetyczne czy ultradźwiękowe. Metody te pozwalają na kontrolowanie produkcji części maszyn , szybkie wykrywanie wadliwych części bez ponoszenia strat.

---