Chropowatość powierzchni jest to zbiór nierówności występujących w małej odległości od siebie. Wartość chropowatości zależy od procesów wytwarzania i rodzaju obróbki.
Parametry chropowatości: ●Ra średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej. Jest to parametr podstawowy przyjmujący wartości w zakresie od 0,01 do 80 μm ●Rz wysokość chropowatości według 10 punktów profilu w zakresie wartości od 0,05 do 320 μm i jest to parametr uzupełniający.
Porównanie badanej powierzchni z powierzchnią wzorcową wzrokowe lub dotykowe. Jest to metoda mało dokładna pozwalające na określenia wartości chropowatości Ra w zakresie od 0,32 do 80 μm.
Określenie chropowatości metodą porównawczą przy użyciu komparatorów optycznych. Metoda polega na jednoczesnej obserwacji powierzchni spowodowanej i powierzchni wzorca.
Metoda porównawcza przy zastosowaniu komparatora pneumatycznego polega na pomiarze czasu przepływu jednakowej ilości powietrza po powierzchni wzorca i powierzchni badanej.
Bezpośrednie wyznaczanie wartości chropowatości: ●za pomocą mikroskopu Schinaltza. Wiązka promieni świetlnych przechodzi przez obiektyw i pada na badaną powierzchnie pod kątem 45. Odbijając się od tej powierzchni przechodzi do okularu gdzie jest widoczny cień odwzorowywanej powierzchni. W okularze obserwuje się chropowatość R' powiększoną w stosunku do rzeczywistej wysokości R. ●pomiar mikroskopem interferencyjnym w zakresie nierówności od 0,03 do 15 μm. Pomiar jest oparty na interferencji światła i może być wykonywany w świetle dziennym lub jednobarwnym. Wysokość mikronierówności określa się na podstawie wartości ugięcia ciemnych krążków w stosunku do odległości między nimi.
Określenie odchyłek kształtu i położenia: ●odchyłka prostoliniowości jest największą odległością między zarysem rzeczywistym a teoretyczną prostą przylegającą ●odchyłka płaskości jest to największa odległość między powierzchnią rzeczywistą a płaszczyzną przylegającą ●odchyłka okrągłości jest to odległość między zarysem rzeczywistym a okręgiem przylegającym ●odchyłka walcowości jest to największa odległość między powierzchnią rzeczywistą a powierzchnią walca przylegającego ●odchyłka równoległości jest to różnica między największą a najmniejszą odległością między dwoma płaszczyznami przylegającymi ●odchyłka prostopadłości jest to odległość między kątem rzeczywistym, a kątem 90 dwóch płaszczyzn.
Sprawdzenie prostoliniowości: ●za pomocą liniału krawędziowego określa się szczeliny między liniałem a mierzoną krawędzią. Jeżeli szczelina jest duża można wykonać jej pomiar za pomocą szczelinomierza lub szczeliny wzorcowej. ●za pomocą struny stalowej i lunety z okularem mikrometrycznym.
Sprawdzenie płaskości: ●pomiar prostoliniowości w co najmniej trzech kierunkach ●metoda farbowania powierzchnię wzorcową powleka się cienką warstwą np.: farby drukarskiej a następnie układa się na niej płaszczyznę sprawdzaną i przesuwa w kilku kierunkach po płynie. Do płaszczyzny sprawdzanej przykłada się kwadrat kontrolny o wymiarach 25x25mm a liczba miejsc zafarbowanych w danym kwadracie określa błąd płaskości powierzchni ●metoda interferencji świata stosowana do płaszczyzn o małych wymiarach i dużej dokładności. Na sprawdzaną płaszczyznę nakłada się szklaną płytkę tak aby między przyległymi płaszczyznami powstał klin powietrzny. Na sprawdzanej powierzchni pojawiają się prążki interferencji światła które są wynikiem zanikania fali świetlnej gdy odbity promiń świetlny spotyka się i nakłada z promieniem padającym po stronie przeciwnej (przesunięty o pół długości fali świetlnej). W klinie powietrznym ciemne prążki powstają tam gdzie odległość między płaszczyznami jest równa nieparzystej wielokrotności ćwiartek długości fali świetlnej przy prostopadłym kierunku padania światła.
BADANIA METALOGRAFICZNE
Rodzaje badań: ●badania niszczące- makroskopowe i mikroskopowe wymagają pobrania próbek ●badania nieniszczące -radiologiczne, ultradźwiękowe i magnetyczne
Cele badań metalograficznych: ●wykrywanie nieciągłości materiału -pęknięcia, pęcherze gazowe, zawalcowania ●wykrywanie wtrąceń niemetalicznych pozostałych z procesów hutniczych ●wykrywanie zanieczyszczeń siarką i fosforem ●określenie rodzaju obróbki plastycznej ●określenie struktury materiału ●określenie składu chemicznego ●badanie połączeń spawanych ●określenie zniszczeń korozyjnych.
Dobieranie próbek do badań. Próby pobiera się w taki sposób aby można było określić struktury całego przedmiotu. Przedmioty obrabiane plastycznie mają strukturę włóknistą i wtedy próbkę pobieramy z przekroju poprzecznego i wzdłużnego. Przedmiotom po obróbce cieplnej próbki pobieramy w kilku miejscach przekroju poprzecznego aby można było określić strukturę powierzchni i rdzenia. Próbki pobierane z przedmiotów dużych powinny mieć powierzchnie nie przekraczającą 4cm2 i wysokości niemniejszą niż 1cm. W przedmiotach mniejszych przygotowuje się powierzchnię bezpośrednio na danym przedmiocie, a bardzo małe przedmioty umieszcza się w specjalnych uchwytach (obejmy, pierścienie) i zatapia w tworzywach sztucznych.
Przygotowanie próbek: ●szlifowanie odbywa się mechanicznie na szlifierkach wyposażonych w ściernice lub papier ścierny lub ręcznie za pomocą papieru ściernego o coraz wyższej ziarnistości. Każde kolejne szlifowanie odbywa się po obróceniu próbki o kąt 90 tak długo aż znikną rysy z poprzedniego szlifowania. Podczas szlifowania należy próbki często przemywać w celu zapobieżeniu nagrzaniu materiału oraz usunięcia luźnych cząstek metalu i zanieczyszczeń. ●polerowanie próbek może odbywać się ręcznie lub mechanicznie przy użyciu miękkiego materiału i zwilżaniu powierzchni zawiesiną tlenku glinu, chromu lub żelaza w wodzie destylowanej. Polerowanie można przeprowadzić również za pomocą elektrolizy podczas której badana próbka jest anodą. Proces polerowania odbywa się do momentu zniknięcia rys po oszlifowaniu ●trawienie próbek przeprowadza się przy użyciu rozcieńczonych kwasów, zasad i soli dobierając je do danego materiału i rodzaju badań. Trawienie przeprowadza się przez pocieranie powierzchni odczynnikami, rozprowadzanie odczynników po powierzchni przez przechylanie próbki lub zamaczanie jej w odczynniku. Wytrawianie prowadza się do momentu zmatowienia powierzchni, następnie powierzchnię przemywa się alkoholem, wodą destylowaną, i intensywnie suszy.
Zniszczenia korozyjne określamy przez obserwacje badanych powierzchni lub analizę próbek pobranych z części zniszczonych korozją i porównanie ich ze zdjęciami metalograficznymi typowych zniszczeń korozyjnych. Powierzchnie pobranych próbek wytrawia się odpowiednio dobranymi odczynnikami.
Rodzaje typowych zniszczeń korozyjnych: ●korozja równomierna (powierzchniowa) cała powierzchnia ulega zmianom korozyjnym z jednakową prędkością. Korozja ta występuje na powierzchniach nie pokrytych warstwami ochronnymi ●korozja punktowa (miejscowa) zniszczenia korozyjne są rozsiane po powierzchni i mogą sięgać na znaczną głębokość. Taka korozja jest najczęściej spowodowana niejednorodnością struktury, lub odpryskiwaniem warstw ochronnych ●korozja międzykrystaliczna rozprzestrzenia się na granicach ziaren i jest niewidoczna na powierzchni. Jeżeli obejmuje większy obszar powoduje zniszczenie przedmiotu ●korozja selektywna występuje w stopach dwu lub wieloskładnikowych i polega na zniszczeniu jednego ze składników strukturalnych. Jest wywołana przez działanie czynników korozyjnych i naprężeń i prowadzi do pęknięcia materiału ●korozja zmęczeniowa jest spowodowana współdziałaniem procesów korozyjnych i naprężeń okresowo zmiennych
Wykrywanie struktury pierwotnej. Jest to struktura powstająca w wyniku krzepnięcia odlewu, przy czym struktura odlewu składa się z kilku stref o różnej wielkości zanieczyszczeń. Podczas obróbki plastycznej poszczególne strefy wyciągają się dając strukturę włóknistą. Niejednorodność powstała podczas krzepnięcia stopów zostaje zniekształcona podczas obróbki plastycznej w kierunku płynięcia metalu. Po ujawnieniu struktury pierwotnej przygotowane próbki poddaje się wytrawianiu
Wykrywanie zanieczyszczeń siarką -próba Bauana. Próba polega na wykonaniu odbitek stykowych na papierze fotograficznym. Próbki do badań pobiera się z całego przekroju w kierunku równoległym i prostopadłym do kierunku obróbki plastycznej. Zanieczyszczenia powinny być rozłożone równomiernie a wzrost zawartości siarki na powierzchni może być spowodowany długotrwałym wygrzewaniem stali w piecach opalanych gazem lub koksem. Badanie umożliwia określenie struktury, obecności jam osadowych i pęcherzy a także obecności fosforu który widać na papierze w postaci jasnożółtych punktów w miejscach skupienia fosforków. Przebieg badania -na przygotowaną powierzchnię zgładź nakłada się papier fotograficzny bromo-srebrowy zanurzony wcześnie w 2-5% roztworze wodnym kwasu siarkowego tak aby przylegał dokładnie do powierzchni. Pod dwóch minutach należy papier zdjąć, opłukać w wodzie, zanurzyć w utrwalaczu na 10 minut, przemywać w wodzie przez około 30 minut i wysuszyć. Podczas próby zachodzą reakcje. Powstały siarkowodór reaguje z bromkiem srebra powodując powstawanie siarczków srebra które są widoczne na papierze fotograficznym jako ciemne plamy.
Wykrywanie zanieczyszczeń fosforem próba Anczyca. Zanieczyszczenia fosforem grupują się na granicach kryształów. Do wykrywania tych zanieczyszczeń stosuje się odczynniki Anczyca, Herma lub Oberhoffera. Odczynniki Anczyca i Herma działają elektrolitycznie przy czym żelazo ulega rozpuszczeniu, a miedź osadza się w powierzchni próbki. Odczynniki Oberhoffera wytrawia miejsca uboższe w fosfor nie naruszając bogatych, a przy dłuższym wytrawianiu uwidacznia strukturę pierwotną. Przebieg próby: przygotowaną próbkę zanurza się wygładzoną powierzchnią odczynnika na 1-5 minut do momentu pokrycia powierzchni warstwą miedzi. Następnie powierzchnie spłukuje się wodą i przeciera watą, a jeżeli powierzchni nieda się zmyć wodą trzeba ją przetrzeć watą nasyconą 5% roztworem amoniaku. W miejscach zanieczyszczeń związkami fosforu występują ciemniejsze plamy, powstają one w wyniku wydzielania się miedzi z siarczanu miedzi i jej reakcje z fosforkami które dają ciemne zabarwienie.
Obserwacja struktury stali po obróbce cieplnej. Stale nadutektoidalne składają się z perlitu i cementytu, stale utektoidalne z perlitu, a stale podeutektoidalne z ferrytu i perlitu.
Własności stali zależą od struktury, a ta z kolei od zawartości węgla i rodzaju obróbki cieplnej. Struktury obserwuje się od mikroskopem metalograficznym po wytrawieniu stali kwasem ikrynowym, który powoduje że pola perlitu są ciemne, a ferrytu lub cementytu jasne. Przy większych powiększeniach można zauważyć że pola perlitu składają się z dwóch składników ponieważ perlit jest mieszaniną. Aby odróżnić ferryt od cementytu czyli stal nedeutektoidalną i podeutektoidalną wytrawiamy próbkę gorącym pikrynianem sodowym który wytrawia tylko ferryt (jasnoszare plamy) a cementyt jest widoczny w postaci ciemnych plam.
W stalach podeutektoidalnych występują pewnie ilości perlitu i jeżeli pole widzenia jest zajęte po połowie przez perlit i ferryt to taka stal zawiera około 0,5% węgla. Strukturę przegrzaną poznaje się po gruboziarnistości i wydłużonych ostrych ziarnach ferrytu lub cementytu. Po znacznym przyjrzeniu ziarna tworzą igły złożone w postaci trójkątów lub czworokątów. W stalach po obróbce plastycznej widać badane warstwy w kierunku obróbki. Jest ona widoczna dzięki zawartości tlenków żelaza które w wysokich temperaturach powodują powstanie CO2. Jeżeli tlenek pozostaje wewnątrz materiału tworzy pęcherze gazowe, które zostają zawalcowanie.
Wyznaczanie zawartości węgla w stalach: W mikroskopie zakłada się okular z siatką o 100 kwadracikach i dobiera powiększenie tak aby średnie pole perlitu zajmowało pole jednego kwadracika. Liczy się kwadraty w których więcej niż połowę powierzchni zajmują pola perlitu. %C=n-0,008.
Wyznaczanie wielkości ziarna pod mikroskopem: ●metoda pośrednia (porównawcza ) polega na obserwowaniu ziarn pod mikroskopem przy powiększeniu x100 i porównywaniu ich z wzorcami rysunkowymi znajdującymi się w normach. Wzorce są oznaczone numerami od 1 do 10 i obejmują pole widzenia o średnicy 0,8mm i powierzchni 0,5mm2. ●metody pośrednie -metoda planimetryczna polega na przeniesieniu obrazu mikroskopowego na matówkę i przerysowaniu go na szkicówke lub wykonaniu fotografii. Odrysowuje się pewną ilość ziaren i określa liczbowo obrysowaną powierzchnię. Oblicza się liczbe ziaren i podstawia do wzoru. -metoda powierzchni kołowej na szkicówce lub fotografii wykreśla się koło o znanej powierzchni a następnie oblicza liczbę całych ziarn i ziarn przeciętych kołem. -metoda średniej średnicy na obrazie mikroskopowym (szkicówka, fotografia) rysuje się prostokąt o znanym dłuższym boku a następnie w tym prostokącie kreśli linie równoległe do drugiego boku. Liczy się liczbę ziarn przeciętych liniami równoległymi.
Podział żeliw węglowych: ●żeliwo białe w temp otoczenia cała ilość węgla występuje w postaci związanej. Żeliwo białe jest twarde i kruche, nienadaje się do obróbki skrawaniem. Jest stosowane do produkcji żeliwa ciągliwego. Może występować jako żeliwo podeutektyczne, nadeutektyczne i eutektyczne. ●żeliwo połowiczne -węgiel występuje w postaci wolnej i związanej. Taka struktura występuje w odlewach zabielonych (utwardzonych gdzie warstwa powierzchniowa jest biała a struktura rdzenia szara) ●żeliwo szare -węgiel występuje w postaci niezwiązanej, a klasyfikacja zależy od wielkości i kształtu.
Podział żeliw szarych: ●żeliwo szare zwykłe występuje w postaci płatków. Żeliwo to ma dobre własności odlewnicze i dużą wytrzymałość na ściskanie, a mało odporność na uderzenia. Zastosowanie: głowice silników, obudowa skrzyni biegów, koło zamachowe, pokrywy i osłony, tarcze dociskowe sprzęgieł ●żeliwo modyfikowane -grafit występuje w postaci drobnych płatków równomiernie rozłożonych. Otrzymuje się je przez dodanie podczas spustu żeliwa modyfikatorów takich jak: żelazo mangan, żelazo krzem, aluminium. Żeliwo ma większą odporność na ściskanie i korozje oraz wytrzymałość na rozciąganie. ●żeliwo sferoidalne -grafit ma postać kulek. Taka budowa zwiększa ciągliwość przy dobrych własnościach wytrzymałościowych, dobrej lejności i obrabialności. Zast: części maszyn narażonych na obciążenia zmienne ●żeliwo ciągliwe uzyskuje się przez długotrwałe wyżarzanie żeliwa białego. Ma własności zbliżone do stali. Zast: piasty kół, pedały sprzęgła i hamulca, obudowa mechanizmu różnicowego i przekładni kierowniczej. ●żeliwa stopowe otrzymuje się przez dodanie dodatków stopowych w celu uzyskania określonych własności takich jak odporność na ścieranie, na korozje, na działanie wysokich temperatur i środków chemicznych. Takimi dodatkami są: chrom, nikiel, aluminium, miedź, mangan. Nazwa żeliw stopowych pochodzi od dodatku którego jest w danym żeliwie najwięcej.