BADANIA WIZUALNE I MAKROSKOPOWE Cel ćwiczenia.

określenia wad powstałych w procesie technologicznym wytwarzania, eksploatacji części maszyn.

Wstęp teoretyczny

Badania makroskopowe przeprowadzane na wytrawiom ch po\\ icr/chniadi powierzchniach przełomów mają na celu:

1.Ujawnienie niejednorodności składu chemicznego; 2.Określenie struktury pierwotnej (makrostruktury):

3.Ujawnienie niejednorodności składu i struktury, w\ wolan> ch pr/c/ obróbki; cieplna lub cieplno-chemiczną;

4.Ujawnienie niejednorodności strukturalnych pochodzenia mechanicznego, a także spowodowanych spawaniem, zgrzewaniem itp.;

5.Wykrycie wad stanowiących nieciągłości materiałowe;

6.Oznaczenie wtrąceń niemetalicznych;

T.Wybór miejsca pobrania próbek do dals/> ch badań.

Odczynniki makroskopowe najczęściej stosowane w badaniach stopów żelaza oraz ujawniane w badaniu efekty zestawiono w PN-64/H-04502.

Ujawnianie niejednorodności składu chemicznego stopów żelaza sprowadza się często do ujawniania segregacji zanieczyszczeń fosforem i siarką, powstałej w wyniku procesu krzepnięcia i zmienionej następnie podczas obróbki plastycznej. Nasilenie segregacji fosforu, a także siarki jest wskaźnikiem niejednorodności badanego materiału.

Ujawnienie segregacji fosforu, szczególnie przez trawienie odczynnikiem Oborhoffera (Ma2Fe), umożliwia określenie struktury pierwotnej. W procesie krzepnięcia fosfor, podobnie jak siarczki wypierany jest na granice ziaren pierwotnych i lokuje się w przestrzeniach miedzy osiowych dendrytów lub w obszarach peryferyjnych globulitów. Rozmieszczenie fosforu, w przeciwieństwie do innych składników występujących w roztworze, nie ulega większym zmianom nawet podczas wyżarzania ujednorodn łającego; stąd też ujawniając rozmieszczenie fosforu uwidacznia się równocześnie kształt i wielkość ziarn struktury pierwotnej. Rozbicie struktury pierwotnej podczas obróbki plastycznej powoduje zmianę rozłożenia zanieczyszczeń; trawienie próbek podłużnych umożliwia wówczas szacunkową ocenę stopnia przerobu plastycznego. Dla dużych wartości stopnia przerobu charakterystyczne jest występowanie w makrostrukturze licznych drobnych pasemek, na przemian zawierających mało i dużo fosforu. Przy małych stopniach przerobu np. w dużych odkuwkach w makrostrukturze zachowane są pozostałości struktury pierwotnej; pasmowość jest słabo zaznaczona i widoczne są odkształcone dendryty.

Ujawnianie rozmieszczenia siarki ma na celu nie tylko sprawdzenie makroskopowej jednorodności materiału. W przypadku dużych odkuwek, swobodnie kutych, odbitka z próby Baumana (Ma3Fe) może służyć do sprawdzenia współosiowości wlewka i odkuwki. Ma to szczególne znaczenie w odniesieniu do takich elementów, jak np. wały wirników turbin, które wskutek rozszerzalności cieplnej mogą przy braku współosiowości wykazywać podczas pracy niekorzystne, niesymetryczne odkształcenia. Przy ujawnieniu rozmieszczenia siarki warto

także zwrócić uwagę na możliwość /\\icks/enia /awarlości wlraceń siarc/komch w warstwie powierzchniowej przedmiotu.

Wynika to zazwyczaj z długiego nagrzewania wsadu w piecach opalanych gazem lub olejeni o znacznej zawartości siarki i może być przyczyną powstawania pęknięć podczas obróbki plastycznej na gorąco.

Poza segregacją fosforu i siarki bada się także rozmieszczenie węgla (odczynniki Anczyca lub Heyna(MalFe)) oraz składników stopowych, które mogą wykazywać nadmierną segregację w stopach lanych. W odniesieniu do stali obróbka plastyczna oraz długotrwale wygrzewanie wlewków zapewniają na ogół równomierne rozmieszczenie składników. Wyjątek stanowią stale ledeburytyczne, w których częstym zjawiskiem jest segregacja węglików, uszeregowanych w pasma równolegle do kierunku obróbki.

W stalach obrobionych cieplnie trawienie próbek 5-procentowym nitalem(Ma 14Fe) umożliwia wykrycie warstwy nawęglonej lub odwęglonej, a także ujawnienie głębokości zahartowania oraz miękkich plam na powierzchni przedmiotów hartowanych (w tym przypadku dobre wyniki osiąga się przy zastosowaniu 50% roztworu wodnego kwasu solnego).

Trawienie odczynnikiem Fry-makro (Ma 8Fe) umożliwia ujawnienie skÅ‚onnoÅ›ci stali niskowÄ™glowej do starzenia. Aby przyspieszyć proces starzenia materiaÅ‚ poddaje siÄ™ ok. 10% odksztaÅ‚ceniu plastycznemu, które powoduje zwiÄ™kszenie współczynnika dyftizji, zwÅ‚aszcza w miejscach o zwiÄ™kszonej pod wpÅ‚ywem gniotu gÄ™stoÅ›ci dyslokacji. Podczas sztucznego starzenia (200—250°C w czasie l—5 h) nastÄ™puje dyfuzja atomów miÄ™dzywÄ™zÅ‚owych do miejsc zdefektowanych i wydzielanie skÅ‚adników trzeciorzÄ™dowych, co przebiega szczególnie intensywnie w obszarach o dużym zagÄ™szczeniu pasm poÅ›lizgu. Obecność wydzieleÅ„ obniża potencjaÅ‚ elektrochemiczny zawierajÄ…cych je obszarów, które jako anody sÄ… selektywnie atakowane podczas trawienia i przybierajÄ… ciemne zabarwienie. Stale ulegajÄ…ce starzeniu wykazujÄ… na wytrawionym zgÅ‚adzić pasma odksztaÅ‚cenia („linie siÅ‚") w postaci ciemnych pasemek wnikajÄ…cych klinowo w gÅ‚Ä…b materiaÅ‚u pod kÄ…tem 45° do powierzchni. Kierunek pasm odksztaÅ‚cenia pokrywa siÄ™ z kierunkiem dziaÅ‚ania maksymalnych naprężeÅ„ stycznych, usytuowanych podobnie do kierunku maksymalnych naprężeÅ„ normalnych.

Jak wiadomo, obniżenie wÅ‚asnoÅ›ci plastycznych stali w wyniku starzenia spowodowane jest głównie wydzielaniem z ferrytu azotków Fe₄N. Stale nie starzejÄ…ce siÄ™, nie zawierajÄ…ce azotu lub uspokojone za pomocÄ… Al (co zapobiega wydzielaniu azotków Fe4N wskutek zwiÄ…zania azotu w AIN) nie ujawniajÄ… pasm pÅ‚yniÄ™cia po trawieniu odczynnikiem Fr>-makro(Ma 8 Fe).

Głębokie wytrawianie ma na celu ujawnienie wad makroskopowych stanowiąc; cli nieciągłości materiału, jak pęknięcia, rzadzizny, zawalcowania itp., a także uwidocznienie przebiegu włókien w materiałach walcowanych lub kutych. Wyniki badania zależą głównie od składu chemicznego odczynnika, temperatury i czasu wytrawiania, a w pewnej mier/e także od przygotowania powierzchni próbki. Ponieważ stosowane odczynniki działają bard/.o energicznie, uzyskuje się często wyolbrzymiony obraz wady; np. wtrącenia siarczkowe prz\ zbyt długim czasie trawienia mogą pozornie nawet ~20Q-krotnie zwiększyć swe wymiary. Dla zachowania porównywalności wyników konieczne jest ścisłe przestrzeganie warunków

Głębokie wytrawianie powoduje poszerzenie przerw materiałowych. Przy zawalcowaniach. pęknięciach odlewniczych, rzadziznach. pęcherzach itp.. interpretacja obrazu nie jest trudna. Natomiastprzy ujawnienieniu drobnych nieciągłośći, np. płatków, ocena

wyników prób> mo/c b\ć niejedno/nae/na. Do ujawniania płatków lepiej nadaje się odczynnik działający mniej energicznie, np. nasycony roztwór wodny chlorku miedziowo-amonowego (Ma l Fe). Odczynnik ten nie powiększa pęknięć i wykrycie płatków możliwe jest przy zastosowaniu lupy. Ponieważ lepsze wyniki uzyskuje się dla stali o strukturze drobnoziarnistej, celowe jest niekiedy stosowanie obróbki cieplnej próbek, zapewniającej rozdrobnienie struktury.

Zastosowanie odczynnika powodującego zabarwienie ziaren umożliwia ujawnienie wielkości ziarna w stalach gruboziarnistych. Różnice w zabarwieniu poszczególnych ziaren wynikają z odmiennej orientacji krystalograficznej. Najlepsze efekty uzyskuje się w stalach i staliwach ferrytycznych (np. stale transformatorowe) oraz austenitycznych (staliwo kwasoodporne). Odczynniki takie nadają się również do ujawniania makrostruktur złącz spawanych, a także do wykrywania niejednorodności struktury spowodowanych spawaniem lub zgrzewaniem(Ma HFe i Ma 21-23Fe)

Wielu cennych informacji dostarczaj ą także badania makroskopowe przełomów.

Charakter przeÅ‚omu — transkrystaliczny, miÄ™dzy krystaliczny lub mieszany, doraźny lub /mÄ™czeniowy, ciÄ…gliwy lub kruchy, gruboziarnisty albo drobnoziarnisty — stanowi podstawÄ™ do wstÄ™pnej jakoÅ›ciowej oceny materiaÅ‚u, jego jednorodnoÅ›ci i czystoÅ›ci. PrzeÅ‚om przebiega przez miejsca najsÅ‚absze, a tym samym może ujawnić wady materiaÅ‚u, tzn. pozostaÅ‚ość jamy skurczowej, pÅ‚atki, pÄ™cherze, wtrÄ…cenia niemetaliczne i inne. OcenÄ™ tÄ™ przeprowadza siÄ™ zarówno na przeÅ‚omach próbek wytrzymaÅ‚oÅ›ciowych, udarnoÅ›ciowych czy technologicznych (np. próba przeÅ‚omu niebieskiego)jak i na przeÅ‚omach elementów, które ulegÅ‚y awaryjnemu /niszczeniu podczas pracy. PrzeÅ‚om ujawnia czÄ™sto przebieg zniszczenia, co pozwala na okreÅ›lenie kierunku i zakresu badaÅ„ niezbÄ™dnych do ustalenia jego przyczyny.

lub uspokojone za pomocą Al (co zapobiega wydzielaniu azotków Fe4N wskutek związania azotu w A1N) nie ujawniają pasm płynięcia po trawieniu odczynnikiem Fry-makro(Ma 8 Fe).

---