MARIUSZ MARSZAŁEK 06. 03. 2006
M i BM MO2
NR INDEKSU 133090
LABORATORIUM MATERIAŁOZNAWSTWA
I OBRÓBKI CIEPLNEJ
Ćwiczenie nr 2 : Badania makro, mikro i defektoskopowe
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie makro, mikro i defektoskopowych metod badań materiałów, elementów maszyn i narzędzi w celu określenia struktury, jakości i/lub wad będących wynikiem : procesów odlewniczych, spawalniczych, przeróbki plastycznej, obróbki cieplnej oraz cieplno-chemicznej.
2. Wprowadzenie
Badania makroskopowe polegają na obserwacji (okiem nieuzbrojonym lub przy kilkakrotnym powiększeniu) powierzchni próbki wypolerowanej lub wytrawionej, przy pomocy odpowiedniego odczynnika. W zależności od przekroju badanego przedmiotu, do badań makroskopowych stosuje się próbki różnej wielkości, przy czym sposób ich pobierania nie powinien wpływać na wyniki badań. Badania te umożliwiają ujawnienie wad i rozkład zanieczyszczeń we wlewku lub wyrobach z niego otrzymanych, wad powstałych w trakcie obróbki plastycznej lub obróbki cieplnej.
Badania mikroskopowe przeprowadza się w celu określenia rodzaju, wielkości, kształtu i rozmieszczenia składników strukturalnych w badanym materiale. Badania te prowadzi się przez obserwację pod mikroskopem gładkich i płaskich powierzchni nazywanych zgładami (szlifami), nietrawionych i trawionych w odpowiedni sposób. Próbki powinny mięć odpowiedni kształt i wymiary (najodpowiedniejszy jest szlif o powierzchni 1-2 cm2 o kształcie kwadratowym lub okrągłym, o wysokości 8-15 mm). Tak wycięta próbkę inkluduje się w celu otrzymania bryły dogodnej do wykonania szlifu. Można inkludować w materiałach łatwo topliwych lub w tworzywach sztucznych. Kolejnym krokiem jest wykonanie szlifu. Na początku próbkę poddaje się obróbce zgrubnej na obrabiarkach lub ręcznie pilnikiem, pamiętając o intensywnym chłodzeniu. Następnie próbkę szlifuje się na papierach ściernych zaczynając od numeru 100 a kończąc na 800. Na jednym papierze szlifuje się tylko w jednym kierunku do chwili, aż znikną rysy o innych kierunkach. Przy zmianie papieru należy próbkę i ręce dokładnie umyć w bieżącej wodzie. Kierunek szlifowania powinien być prostopadły do rys powstałych na poprzednim papierze (w przypadku próbki kwadratowej szlifuje się w kierunku przekątnych). Ostatnim krokiem jest polerowanie próbki (ręczne, mechaniczne lub elektrolityczne). Polerujemy za pomocą podkładek filcowych nakładając na odpowiednie zawiesiny bądź pasty, do uzyskania lustrzanego obrazu. Po zakończeniu tej czynności próbkę należy spłukać i bardzo szybko osuszyć.
Badania defektoskopowe pozwalają na wykrywaniu wad wewnętrznych, takich jak: pęknięcia, pory, pęcherze, rzadzizny i inne nieciągłości, oraz większych wtrąceń niemetalicznych bez zniszczenia badanego elementu. Są one stosowane głównie do kontroli jakości materiałów, gdyż ich zaletą jest możliwość stu procentowej kontroli. Do podstawowych metod badań defektoskopowych zaliczamy:
- badania wizualne, które polegają na badaniu struktury materiału okiem nieuzbrojonym lub za pomocą lupy w celu orientacyjnego określenia wad procesu technologicznego.
- badania ultradźwiękowe, opierające się na rozchodzeniu się fal w ośrodkach metalicznych. Nadają się szczególnie do wykrywania wad materiałów znajdujących się wewnątrz grubych przedmiotów. Wyróżniamy:
a) metodę echa, która wykorzystuje zjawisko odbicia fali padającej na wadę materiałową(obserwujemy z tej strony, z której pada fala)
b) metodę cienia, polegającą na wprowadzeniu fal z jednej strony przedmiotu i na odbieraniu ich z drugiej strony
c) metodę rezonansu, w której obserwujemy nałożenie się fal padających i odbitych.
- badania radiograficzne, polegające na prześwietlaniu badanego przedmiotu promieniami Roentgena (X) i obserwacji skutków tego prześwietlenia na specjalnej błonie lub ekranie w celu wykrycia przerw lub wtrąceń obcych Metoda stosowana najczęściej do badania odlewów oraz spoin.
- badania magnetyczne, opierające się na wykrywaniu lub pomiarze pola magnetycznego.
- badania metodą prądów wirowych, które polegają na wykrywaniu różnic fizycznych własności materiałów badanych za pomocą zmiennego pola magnetycznego.
- badania penetracyjne, polegające na wnikaniu cieczy w otwarte wady powierzchniowe. Ciecze stosowane w tej metodzie składają się z cieczy penetracyjnej, której zadaniem jest wnikanie w szczeliny oraz wywoływane, która ma wyciągnąć penetrator ze szczeliny. Metodę tą można podzielić na
kontrastową (z zastosowaniem dwóch cieczy)
fluoroscencyjną (z zastosowaniem cieczy zawierającej substancje fluoryzujące i światła ultrafioletowego).
3.Przebieg ćwiczenia
Próbka 1 to błona pochodząca z badania radiograficznego łopatki wentylatora. Widoczne są tu ciemniejsze obszary świadczące o występowaniu wad takich jak wtrącenia lub zażużlenia. Możemy określić zarówno miejsce występowania tych wad jak i ich wielkość.
Próbka 2 to również błona fotograficzna pochodząca z badania promieniami Reontgena. Przedstawia ona fragment spoiny. Spoina ta została wykonana w sposób nieprawidłowy o czym świadczą liczne widoczne na błonie pęcherzyki gazowe.
Próbka 3 jest przykładem złomu zmęczeniowego. Mamy tu do czynienia z wałem maszyny włókienniczej. Na złomie wyraźnie widoczne poszczególne strefy zmęczeniowe. Strefa pęknięcia zmęczeniowego z liniami spoczynku jest bardzo duża w porównaniu ze strefą pęknięcia doraźnego. Na tej podstawie możemy stwierdzić że wał narażony był na naprężenia o małej wartości w stosunkowo długim okresie czasu.
Próbka 4 to przykład zęba koła zębatego, który został wyrwany na skutek przenoszonych obciążeń. Ząb ten został podcięty, co świadczy o złym dobraniu parametrów zębatki takich jak np. moduł czy liczba zębów. Na próbce widzimy strefy przełomu zmęczeniowego z widocznym ogniskiem złomu.
Próbka 5 to przekrój śruby służącej do mocowania maszyn do podłoża. Śruba składa się z łba oraz trzpienia wciskanego na gorąco. Na przekroju widzimy włóknistą strukturę trzpienia, która w górnej części jest wyraźnie zakrzywiona. W łbie zaś włókna są zaokrąglone. Jest to przykład jak najbardziej prawidłowego wykonania takiego wcisku.
Próbka 6 to struktura wlewka mosiężnego wykonanego w formie piaskowej. Wyraźnie widoczne są tu poszczególne strefy wlewka, począwszy od niewielkiej strefy kryształów zamrożonych przez kryształy kolumnowe a skończywszy na strefie kryształów równoosiowych. Jest to przykład jak najbardziej prawidłowego wykonania wlewka.
Próbka 7 to również struktura wlewka. Jednak wykonana jest z siluminu w formie metalowej. W strukturze tej brak jest strefy kryształów równoosiowych. Jest to spowodowane intensywnym chłodzeniem przez co kryształy kolumnowe sięgają aż do środka wlewka. Zjawisko to nazywa się transkrystalizacją. Jest ono niekorzystne ze względu na skłonność do pękania wlewka na styku stref kryształów kolumnowych.
Próbka 8 przedstawia nieprawidłowy sposób wykonania spoiny. Mamy tutaj do czynienia z szeregiem wad które w procesie spawania nie powinny się pojawić- wyraźnie widać zły sposób ułożenia warstw podczas spawania, niedokładne położenie spawu, wtrącenia zanieczyszczeń, ubytki. Świadczy to o bardzo nieprofesjonalnym sposobie położenia spawu.
Próbka 9 w odróżnieniu od próbki jest przykładem prawidłowego wykonania spawu. Widoczna jest mała strefa wpływu ciepła. Spaw jest wykonany w formie litery V, równomiernie poprzez nałożenie warstw. Tego typu położony spaw może spełniać swoją rolę w sposób przynajmniej dobry
Próbka 10 to przykład połączenia krzyżowego. Spaw został wykonany prawidłowo co możemy stwierdzić po obserwacji strefy wpływu ciepła i podobnych kształtach poszczególnych spoin.
4 Wnioski
Poznane badania dają nam możliwość określenia wielu cech badanych materiałów (próbek). Dzięki nim możemy określić strukturę, miejsca występowania wad, wtrąceń czy pęcherzy gazowych. Ze względu na mnogość rodzajów badań możemy dobrać badanie w zależności od tego jakich informacji potrzebujemy o próbce.
Używanie podczas badań nowoczesnych urządzeń takich jak mikroskopy elektronowe, daje dużą dokładność i bezbłędność w ocenie struktury oraz jej ewentualnych wad w danym elemencie, co może w ogromnym stopniu wpłynąć na dalszy przebieg procesu produkcji, zidentyfikowanie przyczyny powodującej występowanie wady, jak również ograniczyć ewentualne konsekwencje uszkodzeń, na które narażone mogą być elementu maszyn bądź całych konstrukcji w ich dalszym użytkowaniu.
7