Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

Wydział Inżynierii Mechanicznej

Zakład Inżynierii Biomedycznej

Materiałoznawstwo

Badanie makroskopowe wyrobów stalowych

1. Cel badań makroskopowych

Badania makroskopowe polegają na obserwacji okiem nie uzbrojonym lub przy niewielkim powiększeniu odpowiednio szlifowanych i trawionych zgładów podłużnych lub poprzecznych, a także przełomów elementów metalowych. Technika badań makroskopowych jest na ogół prosta. Wymagania i warunki ich przeprowadzenia ujęte zostały w Polskich Normach , normach branżowych oraz warunkach technicznych. Zgłady do badań makroskopowych wykonuje się zarówno z odlewów jak również elementów po obróbce plastycznej, skrawaniem, cieplnej, cieplno-chemicznej, a także części spawanych i zgrzewanych. Badania makroskopowe umożliwiają obserwacje całego przekroju przedmiotów, co pozwala na zorientowanie się w ogólnym charakterze struktury i wyciągnięcia wniosków o jakości materiału oraz rodzaju i warunków przeprowadzonych zabiegów obróbczych. Do badań makroskopowych zalicza się również obserwacje przełomów. Można wówczas stwierdzić czy przełom ma charakter kruchy czy ciągliwy, ocenić wielkość ziarna, obecność wtrąceń niemetalicznych, pęcherzy i innych wad materiałowych, warstwowość, głębokość zahartowania. Badania makroskopowe spoin mają na celu ujawnienie wielkości i kształtu samej spoiny, stwierdzenie jakości przetopu, wtopu oraz spoiwa, pęknięć, przyklejeń, zażużleń i pęcherzy.

2. Jak powinny być pobrane próbki do badań makroskopowych.

Pobieranie próbek do badań makroskopowych wiąże się z częściowym lub całkowitym uszkodzeniu przedmiotu. Dla kontroli jakości ważnych konstrukcji spawanych np. zbiorników ciśnieniowych względnie dźwignie wykonuje się dodatkowe tzw. płyty próbne(kontrolne) złożone z odcinków metalu rodzimego i spawane w tych samych warunkach i tymi samymi środkami, którymi wykonano konstrukcję. Istotną rzeczą jest właściwe określenie powierzchni przeznaczonej do badań makroskopowych. Wielkość próbek zależy przede wszystkim, od grubości łączonych elementów, gdyż muszą one obejmować całą spoinę, strefę, strefę wpływu ciepła i fragment materiału rodzimego. Sposób przygotowania makrozgładów charakteryzuje się tym że stopień gładkości powierzchni nie musi być wysoki, próbki nie poleruje się. Próbka powinna być tak pobrana aby badania pozwalały na dokładne zorientowanie się nie tylko w charakterze występujących wad lecz także w stopniu ich nasilenia na przekroju poprzecznym i na długości badanego wyrobu. Przeważnie przedmioty lane bada się na przekrojach prostopadłych do powierzchni, natomiast kute, walcowane i obrabiane cieplnie na przekrojach poprzecznych i podłużnych. W przypadku wyrobów o dużych rozmiarach nie poddaje się badaniom całego przekroju lecz wycinek, który powinien obejmować zewnętrzne jak i wewnętrzne warstwy metalu. Podczas wycinania próbek nie należy dopuścić do ich przegrzania, gdyż grozi to zmiana struktury. Powierzchnię wyciętej próbki wyrównuje się na szlifierce i papierach ściernych. Otrzymane zgłady trawi się odpowiednimi odczynnikami.

3. Główne grupy odczynników do badań makroskopowych.

Odczynniki chemiczne stosowane do trawienia w badaniach makroskopowych można podzielić na dwie grupy:

- do głębokiego trawienia
- do powierzchniowego trawienia

Odczynniki do głębokiego trawienia są zwykle roztworami jednego lub kilku kwasów i działają silnie korodująco na powierzchnię metalu. Działanie to jest niejednakowe i przebiega szybciej w miejscach występowania por, pęknięć i rzadzizn materiałowych, w miejscach o rozwiniętej powierzchni. Silniej również znakowane są miejsca niejednorodne pod względem struktury i składu chemicznego. Odczynniki do powierzchniowego trawienia do tzw. odczynniki miedziowe zawierające sole(jony) miedzi. Działają one elektrolitycznie rozpuszczając żelazo. Na powierzchni szlifu osadza się warstewka miedzi, która zmywa się następnie strumieniem wody. Warstewka miedzi w miejscach, w których występują pory, pęknięcia, wtrącenia niemetaliczne, różnice w składzie chemiczny, itp. chroni słabiej metal przed trawieniem i miejsca te widoczne są po wysuszeniu szlifu jako wgłębienia lub ciemniejsze plamy.

4. Opis ćwiczenia

Cel ćwiczenia: zapoznanie się s techniką wyjawienia makrostruktury w odlewach, odkuwkach, przedmiotach walcowanych i spawanych.

Wyposażenie stanowiska: sprężarka powietrza, suszarka, kuwety fotograficzne, szkiełka zegarowe, bagietki, szczypce fotograficzne

Materiały: próbki do badań, papiery ścierne, papier fotograficzny, odczynnik Anczyca, wata

Przebieg ćwiczenia: otrzymane próbki należy przeszlifować na papierach ściernych , usunąć z próbek pozostałości po szlifowaniu poprzez odmuchiwanie sprężonym powietrzem. Nalać na szkła zegarkowe odczynnik Anczyca i włożyć próbki stroną szlifowaną do dołu. Po upływie 5 minut przemywać watą pod bieżącą wodą aż do usunięcia nalotu miedzi. Próbki osuszyć sprężonym powietrzem, a następnie powietrzem gorącym oraz przystąpić do rysowania ujawnionego obrazu.

Odczynnik Anczyca

Zastosowanie: Ujawnia rozmieszczenie fosforu i węgla w stalach niskowęglowych
Przygotowanie próbki: gładko wyszlifować.

20 g siarczanu miedzi CuSO₄ 8H₂O

80 g chlorku amonu NH₄Cl kryst.

1000cm³ wody destylowanej

Czas trawienia: 0,5-5 minut