Laboratorium z metaloznawstwa

Ćw. nr 4	Badania makroskopowe stali.	Ocena:
Zespół nr 6	Żmudzki Andrzej	Uwagi:
10.03.99	MiIM II rok KMPM

1. Celem przeprowadzonego ćwiczenia

było zapoznanie się z metodami badania, za pomocą których możliwe jest poznanie budowy metali i stopów, wykrycie niejednorodności składu chemicznego, zmian wywołanych przeróbką plastyczną lub obróbką cieplną oraz sprawdzenie jakości spoin.

2. Wstęp teoretyczny.

Badania makroskopowe są to badania przeprowadzane za pomocą oka nieuzbrojonego lub przy niewielkim powiększeniu (do 50 razy). Badania przeprowadza się na odpowiednio przygotowanych próbkach o wygładzonych powierzchniach lub na przełomach. Próbki pobiera się z wlewków, lub z wyrobów przerobionych plastycznie/cieplnie.

Schemat przekroju wlewka:

1 - struktura drobnoziarnista, kryształów zamrożonych (szybkie i wielokrotne zarodkowanie)

2 - struktura przejściowa, kryształów kolumnowych (zarodkowanie powolne, narastanie kryształów prostopadle do ścianek wlewka)

3 - struktura ziarn równoosiowych (równomierne zarodkowanie i narastanie ziarn)

Struktura wlewka może pokazać jakie wady występują w nim najczęściej. Tam gdzie kryształy są ułożone kolumnowo (2) mogą wystąpić pęknięcia. W obszarze centralnym (3) pojawiają się jamy skurczowe i pęcherze, wtrącenia niemetaliczne przemieszczane do centralnej części na czołach krystalizujących ziarn.

Wyróżnia się następujące metody badania próbek:

1 - Próba Baumanna. Dotyczy ona wykrywania rozmieszczenia w próbce siarki, która jest bardzo szkodliwą domieszką. Jej zawartość w stali nie może przekroczyć 0,06%. Siarka wydziela się w postaci siatki na granicach ziarn. Powoduje ona kruchość „na gorąco” w dwu zakresach temperatur. W temperaturze od 800 do 1000°C posiada niedostateczną plastyczność, natomiast od 1200°C powoduje zanik spójności granic ziarn w skutek topienia się siarczków. Próbę Baumanna przeprowadza się za pomocą papieru fotograficznego moczonego w roztworze kwasu siarkowego i położonego na wygładzonej powierzchni próbki.Kwas siarkowy reaguje z siarczkami tworząc siarkowodór:

Który następnie reaguje z bromkiem srebra:

Powstały siarczek srebra powoduje na papierze powstanie brunatnych zaćmień sygnalizujących istnienie skupień siarki w metalu.

2 - Wykrywanie rozmieszczeń fosforu, który rozpuszczając się w ferrycie zmniejszając jego plastyczność, oraz mając skłonność do segregacji powodującej pasmowość struktury i dużą kruchość wyrobów walcowanych. Próbę tę przeprowadza się za pomocą odczynnika Heyna lub Obernhoffera. Próbkę moczy się w odczynniku Heyna, aż wydzieli się warstewka miedzi, potem spłukuje się wodą. Tam gdzie znajdują się miejsca bogate w fosfor powstają brunatne plamy. Gdy stosuje się odczynnik Obernhoffera, który ma działanie trawiące, to powierzchnia uboga w fosfor zabarwia się brunatnie, natomiast miejsca w niego bogate pozostają nienaruszone.

3 - Badanie skłonności stali do starzenia. Przeprowadza się je za pomocą odczynnika FRY, który działając trawiąco powoduje ujawnianie tzw linni sił czyli pasm płynięcia wywołanych wydzielaniem węglików i azotków żelaza lub odkształceniem plastycznym poniżej temperatury rekrystalizacyjnej.

4 - Badania złącz spawanych. Ujawniają one występujące w spoinie wady - braku przetopienia, zażużlenia, pęknięcia. Przeprowadza się je za pomocą wytrawienia odczynnikiem Adlera.

5 - Próba przełomu niebieskiego polega na nagrzewaniu do 400°C próbki z wykonanym karbem o głębokości ok. ¼ próbki, i po ostygnięciu do temperatury w której pojawia się niebieski nalot (ok. 300°C, skutek utlenienia) łamaniu jej. Za pomocą tej próby określa się pozostałości jamy usadowej, pęknięcia wewnętrzne, segregacje składników, wtrącenia niemetaliczne, pęcherze.

3. Rysunki badanych próbek.

Próbka 1

Próbka 2

Próbka 3

Próbka 4

4. Wnioski.

Próbka 1 była badana odczynnikiem FRY. Przedstawia ona część uszkodzonej szyny tramwajowej widoczny po przeprowadzeniu wytrawiania wyraźnie jaśniejszy obszar jest spowodowany starzeniem się materiału spowodowanym zgniotem.

Próbka 2 przedstawia połączenie spawane badane za pomocą odczynnika Adlera. Widoczna jest wyraźnie granica pomiędzy spoiną a spawanym materiałem oraz ciemny obszar materiału który podczas spawania poddany został rekrystalizacji.

Próbka 3 badana była na obecność fosforu za pomocą odczynnika Heyna. Wyraźnie widoczne ciemne obszary wskazują na skupiska wydzieleń fosforu. Kształt próbki wskazuje, że była ona poddana walcowaniu.

Próbka 4 badana była na obecność siarki. Rysunek przedstawia odbitkę Baumanna, na której bardzo widoczne są w jej centralnej części ciemne skupiska wydzieleń siarki.

5. Siarka.

Siarka do stali w procesie metalurgicznym przedostaje się głównie z koksu. prawie nie rozpuszcza się w Fe i występuje w stali w postaci siarczków żelaza i Manganu. Jej obecność jest niepożądana, zwłaszcza w postaci FeS - gdyż powoduje kruchość stali na gorąco ze względu na niższą plastyczność wydzieleń siarczku żelaza (ewentualnie z tlenkami) rozmieszczonych zazwyczaj na granicach ziarn - oraz w temperaturach powyżej 988°C (temperatura topnienia FeS wynosi 1190°C) na skutek topienia eutektyki Fe_γ+FeS. Zazwyczaj zawartości siarki i manganu są tak dobrane, że kruchość na gorąco nie występuje. Siarczek manganu jest trudnotopliwym związkiem. Temperatura jego topnienia wynosi około 1620°C. Krystalizuje w temperaturze wyższej niż żelazo. Dzięki temu przy krzepnięciu wlewków stalowych jest czynnikiem inicjującym krystalizację austenitu. Z tego też powodu siarczek manganu w stali występuje jako odosobnione wtrącenia wewnątrz ziarn.

Siarka wykazuje dużą skłonność do segregacji. Obniża również spawalność stali. Stosuje się ją również jako celowo wprowadzany składnik stopowy. Występuje wtedy w ilości 0,15 - 0,4%. Takie zawartości siarki stosowane są w stalach automatowych oraz nierdzewnych ferrytycznych i austenitycznych w celu polepszenia skrawalności.

---