POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ

I INFORMATYKI

MATERIAŁY METALOWE

Temat: Badania makroskopowe – próba Baumanna

Wróbel Joanna

Wróbel Łukasz

Matyja Piotr

Małek Joanna

Olczyk Mateusz

Nowakowski Mateusz

Peryga Maciej

Papaj Paweł

Nowak Piotr

Misiak Łukasz

Rok I gr. II

CZĘSTOCHOWA, 2011

1. Wprowadzenie

Badania makroskopowe metali wykonywane są w celu polepszenia jakości materiałów jeszcze w trakcie ich projektowania, a także podczas ustalania potencjalnych przyczyn awarii. Mają one głównie na celu wykrycie i ocenę:

- niejednorodności składu chemicznego,

- struktury pierwotnej,

- struktury włóknistej,

- niejednorodności struktury wywołanej obróbką cieplną lub cieplno-chemiczną

- niejednorodności struktury pochodzenia mechanicznego lub cieplnego,

- wad powodujących nieciągłości materiału ,

- wtrąceń niemetalicznych,

- jakości złącza spawanego,

- określenie wielkości ziarna,

- charakteru przełomu.

Badania makroskopowe przeprowadza się na odpowiednio przygotowanych powierzchniach (nazywanych zgładami) przy powiększeniu do 30x, w literaturze można znaleźć, że powiększenie to może sięgać nawet 50x, jednakże jest to stosowane niezwykle rzadko.

Badania makroskopowe można podzielić na dwa podstawowe rodzaje:

1. badania przełomów,

2. badania wygładzonej powierzchni przekrojów.

Do tej drugiej grupy należy przeprowadzone przez nas badanie – próba Baumanna.

Wpływ niektórych pierwiastków na stopy metali.

Niektóre pierwiastki w mniejszym lub większym stopniu wpływają na właściwości stali. Do najczęściej występujących wtrąceń można zaliczyć takie pierwiastki jak: wodór, azot, tlen, siarka, fosfor.

Wodór – jest gazem, który w żelazie rozpuszcza się stosunkowo łatwo w całym zakresie temperatur, szczególnie przy przejściu z fazy a w g oraz w stanie ciekłym. Zmniejszając w znacznym stopniu własności plastyczne i technologiczne stali oraz powoduje wady materiałów takie jak „płatki śnieżne” (wewnętrzne pęknięcia o jasnej powierzchni).

Azot - sprawia, że zwiększa się wytrzymałość i zmniejsza plastyczność stali powodując kruchość na niebiesko. Niekorzystny wpływ objawia się także zwiększeniem skłonności stali do starzenia.

Tlen – jest pierwiastkiem, który występuje w stalach w postaci związków, najczęściej tlenków takich jak FeO, SiO₂, Al₂O₃. Powodując pogorszenie większości własności mechanicznych.

Siarka – to pierwiastek, który dostaje się do stali z rud żelaza. Ze względu na to, że siarka nie rozpuszcza się w żelazie i tworzy związek FeS (siarczek żelazawy) jest bardzo niebezpieczna dla stali. Powoduje tzw. kruchość na gorąco uniemożliwiając tym samym obróbkę plastyczną na gorąco.

Fosfor – podobnie jak siarka, dostaje się do stali z rud żelaza. Pierwiastek ten rozpuszczony w ferrycie zmniejsza jego plastyczność i podwyższa temperaturę, w której stal staje się krucha, wywołując tzw. kruchość na zimno.

W zależności od klasy jakości stali zawartość tych domieszek podlega większym lub mniejszym ograniczeniom, przy zachowaniu maksimum ich zawartości mieszczącego się zwykle w granicach 0,015÷0,05% dla siarki i 0,025÷0,04% dla fosforu.

1. Cel i przebieg ćwiczenia

Cel ćwiczenia:

Wykrycie wytrąceń siarczkowych na powierzchni makrozgładu.

Sposób rozmieszczenia siarki w wyrobach stalowych, związanej w postaci siarczków, ujawnia się w próbie Baumanna. Obraz rozkładu siarczków na powierzchni makrozgładu uzyskuje się w tej próbie w postaci odbitki na papierze fotograficznym.

Przebieg ćwiczenia:

1. Przygotowanie próbki do badania :

Szlifowanie na papierach o odpowiednio dobranej gradacji ścierniwa (począwszy od 240 poprzez 400, 600 a skończywszy na 800), przechodząc do szlifowania ścierniwem o drobniejszym ziarnie, należało zmienić kierunek szlifowania o kąt 90˚ i szlifować tak długo, aż znikną rysy powstałe z wcześniejszego szlifowania.

1. Wykonanie próby:

1. Papier fotograficzny zanurzono w wodnym roztworze kwasu siarkowego
   o stężeniu 2÷5% przez 5 min.

2. Wyciągnięto papier fotograficzny układając na stoliku, a następnie położono na nim uprzednio przygotowaną próbkę na ok. 5 min. W tym czasie pomiędzy siarczkami FeS i MnS oraz kwasem siarkowym i bromkiem srebra znajdującym się na papierze fotograficznym zachodzą następujące reakcje chemiczne:

FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S

MnS + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂S

2AgBr+ H₂S = Ag₂S + 2HBr

1. Po upływie 5 min. zdjęto próbkę a papier płukano w wodzie po czym utrwalono
   w utrwalaczu fotograficznym, ponownie wypłukano i osuszono.

1. Analiza przeprowadzonych badań

W rezultacie reakcji w miejscach kontaktu emulsji papieru z siarczkami na zdjęciu powstają zaczernienia od wydzieleń siarczku srebra (Ag₂S), których rozkład, wielkość i kształt odwzorowują wiernie sposób rozmieszczenia wtrąceń. Przykłady wyniku badań makroskopowych rozmieszczenia siarki w postaci reprodukcji odbitki Baumanna z makrozgładu można zaobserwować na załączonych zdjęciach.

1. Wnioski

Dużą zaletą przeprowadzanych badań makroskopowych jest ich prostota i możliwość wykonywania niemal w każdych warunkach, nie wymagają przy tym żadnego przyrządu
i urządzeń. Wystarczy obserwacja okiem nie uzbrojonym. Badania takie dostarczają wielu informacji o budowie badanego elementu. Należy podkreślić, że próba Baumanna nie umożliwia ilościowego określenia zawartości siarki, ujawnia tylko rozłożenie siarczków w badanym przedmiocie. Próba Baumanna umożliwia również wykrycie pozostałości jam usadowych, pęcherzy oraz fosforu w stali. Na rysunkach białe przestrzenie oznaczają spoiny oraz miejsca w których zgład nie stykał się z papierem fotograficznym.