Pytania:

1. Definicja badań makroskopowych.

2. Definicja segregacji pierwiastków wraz z przyczynami powstawania segregacji na przykładzie wlewka stalowego.

3. Opis metody Baumana łącznie z reakcjami chemicznymi

4. Charakterystyka badań makroskopowych elementów obrabianych plastycznie

5. Badania makroskopowe elementów spawanych

Odpowiedzi:

Ad.1.

Badanie polegające na sprawdzeniu budowy lub wad materiału na próbkach pobranych z badanego przedmiotu, przy czym ocenę przeprowadza się okiem nieuzbrojonym lub przy powiększeniu nie przekraczającym 25 razy. Obserwując szlif w stanie niestrawionym można w materiale wykryć pozostałości jamy usadowej, pęcherze, pory, pęknięcia i większe wtrącenia niemetaliczne.

Ad.1. wersja 2.

Badania makroskopowe polegają na obserwacji powierzchni próbki okiem nieuzbrojonym, lub przy powiększeniach nie większych niż 20x. Materiałem obserwacyjnym do badań są powierzchnie odpowiednio przygotowanych próbek. Próbki te mają postać:

• Przekrojów elementów

• Przełomów

• Wycinków powierzchni elementów

Ad.1.wersja 3.

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.

Wszystkie badania makroskopowe mają na celu umoŜliwić 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 (zawalcowania, pęknięcia, pory);

· wtrąceń niemetalicznych;

· jakość złącza spawanego;

· określenie wielkości ziarna (skala Jernkontoreta.);

· charakteru przełomu.

Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje badań makroskopowych:

· badania wygładzonej powierzchni przekrojów (czyli po szlifie

metalograficznym);

· badania przełomów.

Ocena makrostruktury jest sensowna jednak tylko w odniesieniu do wyrobów

gotowych, albowiem makrostruktura kształtuje się dopiero w procesie wytwarzania.

Podstawowe procesy technologiczne które kształtują makrostrukturę materiału:

· odlewanie;

· kształtowania przez obróbkę plastyczną;

· spawanie;

· zgrzewanie;

· modyfikacji warstwy wierzchniej.

Ponieważ elementy gotowe mogą być kształtowane w różny sposób, tak jak chociażby

procesy wymienione powyżej, stosuje się więc też analogiczne nazewnictwo w odniesieniu do makrostruktury badanego elementu. Wyróżnia się więc:

· makrostrukturę odlewu;

· makrostrukturę po przeróbce plastycznej;

· makrostrukturę z wyróżnioną warstwą wierzchnią;

· makrostrukturę połączeń termicznych.

Badania makroskopowe mogą być przeprowadzane przy użyciu technik o różnym

stopniu skomplikowania, w zależności od stopnia rozdrobnienia elementów (wielkości ziarna).

Ad.2.

Segregacja pierwiastków - nierównomierna zawartość pierwiastków w różnych częściach wlewka.; Przyczyny - rozpuszczalność w stali pierwiastków (C, Si, Mn, S, P, O, N, H)jest znacznie mniejsze w stanie stałym niż w stanie ciekłym, dlatego przy krzepnięciu we wlewnicy zachodzi zjawisko segregacji strefowej.

Ad.3.

Metoda Baumana - wykonanie szlifu makroskopowego, który nakłada się na papier fotograficzny bromosrebrowy, uprzednio zwilżony w 5% H₂SO₄ przez 7 minut. Miejsca wzbogacone w siarkę, występujące głównie w siarczkach dają ciemnobrązowe zabarwienie papieru fotograficznego. Ciemne zabarwienie powstaje na skutek powstanie Ag₂S.

FeS + H₂SO₄ FeSO₄ + H₂S

2 AgBr + H₂S Ag₂S + 2 HBr

Papier fotograficzny po wykonaniu próby płuczę się w wodzie u utrwala w utrwalaczu fotograficznym ok. 10min. Po utrwaleniu odbitkę się suszy. Na tej podstawie można określić miejsca wzbogacone w siarkę, nie można określić w jakiej formie występuje, ani też rodzaju sierczków.

Ad.3. wersja2

Próbę Baumana stosuje się w celu określenia rozmieszczenia w stali zanieczyszczeń siarczkowych, a jednocześnie układu włókien części stalowej, wykonanej drogą obróbki plastycznej. Przygotowuje się przekrój podłużny badanego elementu. Uzyskany przekrój dokładnie się poleruje i szlifuje na coraz drobniejszych papierach ściernych. Próbkę przemywa się wodą i odtłuszcza alkoholem. Następnie przygotowuje się płytkę szklaną i kładzie się na niej kartkę papieru fotograficznego emulsją do góry. Papier fotograficzny należy uprzednio moczyć od 3 do 4 min. w 3% wodnym roztworze kwasu siarkowego. Na tak przygotowany papier kładzie się próbkę wyszlifowaną stroną w stronę emulsji, zwracając uwagę na to by dobrze przylegała. Po upływie 3 - 5 min. zdejmujemy próbkę a papier płuczemy w czystej wodzie. Następnie odbitkę należy utrwalić w utrwalaczu fotograficznym przez ok. 10min., przemyć w wodzie i osuszyć. Powstający w wyniu reakcji chemicznej siarczek srebra ma zabarwienie ciemnobrunatne i wskazuje na odbitce miejsca położenia wtrąceń siarczkowych. Próba Baumana pozwala również na wykrycie pozostałości jak usadowych, pęcherzy oraz fosforu w stali. Fosfor reaguje z emulsją papieru bromowo - srebrnego powodując powstanie jasnożółtych punktów odpowiadających miejscom skupienia fosforków.

Ad.4.

Wady powstające w wyniku obróbki plastycznej to:

• Rysy podłużne

• Pęknięcia

• Naderwania

• Linie Lu''dersa

• Obserwując gładko szlifowaną powierzchnię próbki można zauważyć, że z chwilą rozpoczęcia płynięcia materiału, tzn. przy obciążeniu Fe, w pewnym miejscu pojawiają się charakterystyczne linie nachylone do osi próbki pod kątem 45o.Linie te, zwane liniami Ludersa - Czernowa, rozszerzają sie następnie na całą długość pomiarową próbki. Są to ślady wzajemnych przesunięć części kryształów po płaszczyznach krystalograficznych.

• Zjawisko makroskopowe obserwowane w stalach niskowęglowych, odkształcanych plastycznie. Linie te powstają skutkiem zagniecenia skutkiem ściskania lub uderzenia przy przebijaniu otworów lub gięciu.

Ad.5.

Spawanie zmienia strukturę materiału. Doprowadzana duża ilość ciepła palnikiem lub łukiem elektrycznym, powoduje stopienie krawędzi spawanego materiału i stopienie elektrody. Po skrzepnięciu powstaje spoina niekiedy o odmiennym składzie chemicznym i innej strukturze niż materiał spawany. Do badań połączeń spawanych należy zastosować odczynniki, które działają na linie zanieczyszczeń i segregują fosfor i węgiel w stali.

Informacje dodatkowe.

Odczynnik Heyna (Ma l Fe) - ujawnia strukturę włóknistą, która powstała po przeróbce

plastycznej, z przebiegu włókien moŜna wnioskować o sposobie wykonania elementu. Szlif

trawi się tu od 0,5 do 5 min. a osad Cu zmywa wodą lub 5 % roztworem amoniaku.

(1Og chlorku amonowo- miedziowego, lOOcm3 wody) Oddziałuje on na miejsca bogate w fosfor zabarwiając je brunatnie, a bogatsze w węgiel na szaro. Makrostruktura stali jest tu bardziej widoczna na mniej wygładzonej powierzchni. Tak więc polerowanie nie jest tu zalecane.

Odczynnik Oberhoffera (Ma 2 Fe) - ujawnia strukturę pierwotną stali, czyli

strukturę która powstaje w trakcie krzepnięcia. Niejednorodność ta zostaje zniekształcona podczas obróbki plastycznej w kierunku płynięcia metalu. Struktura z równoosiowej staje się ukierunkowana. Szczególnie widoczne to jest w elementach poddanych walcowaniu, spęczaniu czy przy nagniataniu gwintów. Działanie jego polega na tym, iŜ silnie trawi miejsca ubogie w fosfor, które ciemnieją, a na miejsca bogate w fosfor prawie nie działa, pozostawiając je jasne i błyszczące. Bardzo istotne jest tu dokładne przygotowanie powierzchni przez polerowanie. Próbkę trawi się od 5s do 2 min, a osad Cu zmywa wodą.

Odczynnik Baumana (Ma 3 Fe) - ujawnia on przede wszystkim rozmieszczenie siarki oraz

po części fosforu. Ujawnia się to na przyłoŜonym do powierzchni papierze fotograficznym.

Próbkę poddaną analizie w ten sposób naleŜy dokładnie umyć i osuszyć, albowiem

niedopilnowanie spowoduje korozję próbki.

Odczynnik Fry (Ma 8 Fe) - Ujawnia odkształcenia plastyczne. Odczynnik ten atakuje

strefy w których została przekroczona granica plastyczności, ujawniając je w postaci

ciemnych linii. Są to tzw. linie płynności. Odczynnik ten moŜe równieŜ słuŜyć do

ujawnienia strefy wpływu ciepła.

Odczynnik Adlera (Ma 11 Fe) - słuŜy on do ujawnienia struktury spoiny. Odczynnik ten

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

---