Wyższa Szkoła Morska w Szczecinie
Instytut Nauk Podstawowych Technicznych
Zakład Inżynierii Materiałów Okrętowych
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Badania makroskopowe elementów metalowych
Opracował
dr inż. Jarosław Chmiel
Szczecin, styczeń 2000
Wprowadzenie
Badania makroskopowe polegają na obserwacji powierzchni próbki okiem nieuzbrojonym lub przy powiększeniach nie większych od 20x. Materiałem obserwacyjnym do badań są powierzchnie odpowiednio przygotowanych próbek. Próbki te mają postać:
przekrojów elementów (metodyka przygotowania: patrz instrukcja do ćwiczenia „Wprowadzenie do badań materiałowych”);
przełomów - tym przypadku mówimy o badaniach fraktograficznych;
wycinków powierzchni elementów.
Ze względu na znaczenie informacji uzyskiwanych podczas badań makroskopowych, wyodrębnić można dwa rodzaje cykli badawczych:
Badania, których celem jest uzyskanie informacji o budowie wewnętrznej elementów metalowych. Obserwując przekroje lub celowo wykonane przełomy metali uzyskuje się informacje o:
strukturze pierwotnej odlewów,
niejednorodności składu chemicznego,
budowie włóknistej po przeróbce plastycznej,
niejednorodnościach natury mechanicznej (np. lokalny zgniot) lub cieplnej (np. strefy wpływu ciepła);
nieciągłościach wewnętrznych (rzadziznach, pęcherzach, pęknięciach);
wtrąceniach niemetalicznych,
grubości warstw nawęglanych i hartowanych powierzchniowo,
wielkości ziarna w materiale,
właściwościach plastycznych i charakterze przełomu (plastyczny, kruchy, mieszany) powstającego w różnych warunkach.
Informacje te przydatne są m.in. do szybkiej oceny jakości wykonania wielu rodzajów zabiegów technologicznych. Obserwacje wizualne mogą być wspomagane przez zastosowanie odczynników trawiących powierzchnię próbki i ułatwiających dostrzeżenie wybranych szczegółów budowy materiału.
Badania, których celem jest ustalenie przyczyn awarii. Obserwując powierzchnię elementu lub powierzchnię przełomu powstałego podczas awarii ustala się:
jaki rodzaj obciążeń spowodował zniszczenie,
jaki był przebieg procesu niszczenia (punkt początkowy, kierunki rozwijania się, przybliżona prędkość niszczenia, przypuszczalna temperatura materiału w momencie awarii itp.)
jaka mogła być pierwotna przyczyna awarii.
W wielu przypadkach obserwacje makroskopowe dostarczają wystarczających informacji do uzyskania odpowiedzi na powyższe pytania, wielokrotnie jednak zachodzi konieczność wykonania dodatkowych badań innymi metodami.
Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z głównymi cechami budowy wewnętrznej elementów metalowych na podstawie obserwacji makroskopowych przekrojów i przełomów oraz prób laboratoryjnych.
Zapoznanie się z wybranymi technicznymi przypadkami zniszczeń elementów metalowych i próba analizy przyczyn ich powstania.
Wymagania
Metodyka przygotowania próbek do badań makroskopowych
Główne rodzaje cykli badań makroskopowych.
Informacje uzyskiwane podczas badań makroskopowych.
Główne rodzaje przełomów występujących w metalach, ich budowa i warunki powstawania.
Zjawisko zmęczenia materiału i budowa przełomu zmęczeniowego.
Zasada, cel i wykonanie próby Baumanna (tylko W. Mechaniczny)
Literatura pomocnicza
Prowans St.: „Materiałoznawstwo” PWN 1980, rozdz. 3.3 (str.126 - 128) i 4.2.1 (str. 155 - 158);
Drewnowski A.: „Formy złomów i zniszczeń konstrukcji metalowych”
Domke W: „Vademecum Materiałoznawstwa”
notatki własne z przedmiotu „Wytrzymałość materiałów - laboratorium”
Wykonanie ćwiczenia
Uwaga: wskazane jest zaopatrzenie się w ołówki do rysowania i gumkę kreślarską.
Pod kierunkiem prowadzącego sporządzić szkice wskazanych próbek, typowych dla obserwacji szczegółów budowy wewnętrznej takich jak:
struktura pierwotna
budowa włóknista
wady wewnętrzne
warstwy powierzchniowe
strefy wpływu ciepła.
Pod kierunkiem prowadzącego sporządzić szkice wskazanych próbek, ilustrujących typowe przypadki zniszczeń części maszyn.
Uwaga: Szkice wykonywać w wielkości naturalnej lub w skali zaleconej przez prowadzącego. Rysunki rozmieścić w kolumnie po lewej stronie arkusza, prawą pozostawiając na opis i komentarze.
(Tylko W. Mechaniczny) - na wskazanych przez prowadzącego próbkach wykonać praktycznie próbę Baumanna. Dokonać interpretacji wyników, sporządzoną odbitkę załączyć do sprawozdania.
1
4