plik


Akademia Morska w Szczecinie ZakBad In\ynierii MateriaBw Okrtowych Technologia materiaBw Badania makroskopowe opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki Szczecin 2006 1. Wiadomo[ci podstawowe 1.1. Istota badaD makroskopowych Badania materiaBw i cz[ci maszyn, przeprowadza si w r\nych okoliczno[ciach. Zazwyczaj ma to miejsce, podczas badaD podstawowych ktrych celem jest polepszenie jako[ci materiaBu (jeszcze w trakcie jego projektowania, np. programowanie cech kompozytw), dla materiaBw nowych w celu okre[lenia ich przydatno[ci, podczas kontroli jako[ci i w trakcie ustalania przyczyn awarii i tu szczeglnie istotn rol odgrywaj badania makroskopowe. Przeprowadzenie ich ma jednak tylko sens gdy dotycz one takich elementw jak gotowe wyroby. Badania makroskopowe, polegaj na obserwacji odpowiednio przygotowanych powierzchni, nazywanych rwnie\ zgBadami oraz przeBomw elementw maszyn, nazywanych zamiennie zBomami, okiem nie uzbrojonym lub przy powikszeniu do 30 razy. Niektre zrdBa podaj \e, powikszenie to mo\e siga a\ do 50 razy, jednak stosowane s bardzo rzadko. Pojcie makrostruktury obejmuje wic takie cechy budowy wewntrznej, ktre mo\emy obserwowa przy speBnieniu powy\szych warunkw. Obserwacja makrostruktury, wbrew pozorom nie jest wcale badaniem zgrubnym ani maBo znaczcym, poniewa\ podstawow wy\szo[ci tego typu badaD nad badaniami mikrostruktury jest mo\liwo[ oceny budowy wewntrznej i mo\liwo[ oceny jednorodno[ci materiaBu na wikszej powierzchni. Zastosowanie wyBcznie badaD mikroskopowych, mo\e powodowa wybranie nieistotnego obszaru, ktry wykazywa bdzie znaczne podobieDstwo w danej strefie, a tak\e znacznie r\ni si od stref, ktre aktualnie s poza zasigiem mikroskopu. Tak wic niewtpliw zalet badaD makroskopowych jest mo\liwo[ oceny jednorodno[ci budowy wewntrznej materiaBu na wystarczajco du\ej powierzchni. Dla porwnania maksymalny obszar obserwowany pod mikroskopem przy najmniejszym ze stosowanych powikszeD mo\e mie [rednic max 0,5 mm. 1.2. Cel badaD makroskopowych Uszkodzenia cz[ci maszyn i urzdzeD, ktre powstaj w trakcie procesu eksploatacyjnego, wywoBane s najcz[ciej przez szereg wad wewntrznych i powierzchniowych tych \e cz[ci. Wady te mog powsta zarwno w procesie technologicznym, jak i w trakcie eksploatacji urzdzenia. Przy czym za czas eksploatacji rozumie si tu zarwno proces zdatno[ci, gdzie element jest u\ytkowany, jak i rwnie\ poszczeglne jego remonty gdzie ta zdolno[ jest przywracana. Czsto w trakcie remontu, pojawiaj si zaburzenie (uszkodzenia i nowe wady materiaBowe), czy to podczas monta\u, czy to trakcie demonta\u urzdzenia, powodujce skrcenie okresu midzy remontowego, a nawet wywoBujce stan awarii. Wszystkie badania makroskopowe maj na celu umo\liwi wykrycie i ocen: " niejednorodno[ci skBadu chemicznego; " struktury pierwotnej; " struktury wBknistej; " niejednorodno[ci struktury wywoBanej obrbk ciepln lub cieplno chemiczn; " niejednorodno[ci struktury pochodzenia mechanicznego lub cieplnego; " wad powodujcych niecigBo[ci materiaBu (zawalcowania, pknicia, pory); " wtrceD niemetalicznych; opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 2 " jako[ zBcza spawanego; " okre[lenie wielko[ci ziarna (skala Jernkontoreta.); " charakteru przeBomu. Przystpujc do jakichkolwiek badaD materiaBowych, nale\y rozpocz od obserwacji makrostruktury, w celu zr\nicowania obszarw materiaBu, ktrych budow powinno si nastpnie analizowa na drodze badaD mikroskopowych. Podstawowe zadania jakie stawia wczesna technika przed badaniami makroskopowymi to przede wszystkim: " wykrywanie wad materiaBu; " uzyskanie informacji o budowie wewntrznej elementu; " okre[lenie budowy i sposobu wykonania elementu; " ustalenie przyczyn awarii. Wykrywanie wad materiaBw Badanie to pozwala na okre[lenie i selekcj materiaBw przeznaczonych do dalszej przerbki np. analiza struktura wlewka. Mo\na tu zaobserwowa wielko[ jamy skurczowej, ilo[ wtrceD niemetalicznych, poBo\enie i wielko[ pcherzy gazowych. Dziki temu mo\liwe jest podjcie decyzji o dalszym wykorzystaniu elementu. Informacje o budowie wewntrznej elementu Obserwacja odpowiednio przygotowanych przekrojw pozwala na ustalenie w jaki sposb wyglda struktura wewntrzna danego elementu. Uzyskuje si to dziki  wywoBaniu struktury pierwotnej odlewu ktra pokazuje jak przebiegaj niecigBo[ci wewntrzne (rzadzizny, pcherze pknicia), jaka jest grubo[ warstw nawglanych i hartowanych powierzchniowo oraz pozwala na obserwacj wielko[ci ziarna w materiale i jego rozkBad. Okre[lenie budowy i sposobu wykonania elementu Stosowanie r\nego rodzaju odczynnikw np. odczynnik Heyna, pozwala na okre[lenie w jaki sposb dany element zostaB wykonany oraz czy byBo to prawidBowe, z punktu widzenia obrbki plastycznej i wytrzymaBo[ci materiaBw. Pozwala to rwnie\ na okre[lenie grubo[ci warstwy zahartowanej. Ustalenie przyczyny awarii Obserwacja powierzchni elementu lub przeBomu powstaBego podczas awarii, pozwala na ustalenie: " rodzaju obci\enia jaki spowodowaB zniszczenie; " przebiegu procesu niszczenia (punkt pocztkowy, kierunek); " pierwotnej przyczyny awarii. 1.3. PodziaB badaD makroskopowych Wyr\nia si dwa podstawowe rodzaje badaD makroskopowych: " badania wygBadzonej powierzchni przekrojw (czyli po szlifie metalograficznym); " badania przeBomw. Ocena makrostruktury jest sensowna jednak tylko w odniesieniu do wyrobw gotowych, albowiem makrostruktura ksztaBtuje si dopiero w procesie wytwarzania. Podstawowe procesy technologiczne ktre ksztaBtuj makrostruktur materiaBu: " odlewanie; " ksztaBtowania przez obrbk plastyczn; opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 3 " spawanie; " zgrzewanie; " modyfikacji warstwy wierzchniej. Poniewa\ elementy gotowe mog by ksztaBtowane w r\ny sposb, tak jak chocia\by procesy wymienione powy\ej, stosuje si wic te\ analogiczne nazewnictwo w odniesieniu do makrostruktury badanego elementu. Wyr\nia si wic: " makrostruktur odlewu; " makrostruktur po przerbce plastycznej; " makrostruktur z wyr\nion warstw wierzchni; " makrostruktur poBczeD termicznych. Badania makroskopowe mog by przeprowadzane przy u\yciu technik o r\nym stopniu skomplikowania, w zale\no[ci od stopnia rozdrobnienia elementw (wielko[ ziarna). 2. Metodyka przeprowadzania badaD makroskopowych powierzchni wygBadzonej  badanie przekrojw 2.1. Nazewnictwo Do prawidBowego przeprowadzenia badaD makroskopowych, niezbdna jest gruntowna wiedza z dziedziny materiaBoznawstwa, prawidBowa interpretacja kilku istotnych zagadnieD, a tak\e spostrzegawczo[ i obycie wizualne ze struktur materiaBu, w celu prawidBowej identyfikacji badanej powierzchni. Nie wprawione oko, nie potrafi prawidBowo rozpozna poszczeglnych struktur i wad materiaBowych, jest to zdolno[ ktra przychodzi z czasem, jednak nie jest to nic skomplikowanego. Podstawowym przykBadem do nauki oceny struktury makroskopowej, jest struktura wlewka, gdzie widoczne najistotniejsze obszary powstajce w elemencie podczas odlewu. Strefy te nie tylko maj znaczenie z punktu widzenia badaD makroskopowych, ale rwnie\ maj bardzo du\y wpByw na wBa[ciwo[ci mechaniczne i wytrzymaBo[ciowe danego elementu. W miejscach gdzie krysztaBy s uBo\one kolumnowo mog wystpi pknicia. W obszarze centralnym pojawiaj si jamy skurczowe i pcherze, wtrcenia niemetaliczne przemieszczane do centralnej cz[ci na czoBach krystalizujcych ziarn, zmniejszaj wytrzymaBo[ rdzenia. Obszar zewntrzny charakteryzuje si obecno[ci krysztaBkw zamro\onych, ktre powstaj na skutek szybkiego wychBadzania si ciekBego metalu od zimnych [cianek wlewnicy. Dalsze krzepnicie w kierunku osi powoduje powstawanie krysztaBkw kolumnowych. 1 - struktura drobnoziarnista, krysztaBw zamro\onych (szybkie i wielokrotne zarodkowanie); 2 - struktura przej[ciowa, krysztaBw kolumnowych (zarodkowanie powolne, narastanie krysztaBw prostopadledo [cianek wlewka); 3 - struktura ziaren rwnoosiowych (rwnomierne zarodkowanie i narastanie ziaren); Rys. Schemat struktury wlewka opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 4 Jama skurczowa Liczne pcherze gazowe Rys. Przekrj poprzeczny wlewka - stal nieuspokojona KrysztaBy zamro\one Po uzupeBnieniu wlewnicy ciekB stal w wyniku zetknicia si cieczy metalicznej z chBodnymi [cianami wlewnicy powstaj krysztaBy zamro\one. Poniewa\ wszystkie [cianki wlewnicy odprowadzaj ciepBo jednocze[nie i to do[ intensywnie, proces krzepnicia ciekBego metalu pod\a w kierunku osi wlewnicy. KrysztaBy powstaBe przy [ciankach wlewnicy charakteryzuj si drobnoziarnist budow. KrysztaBy sBupkowe Cz[ krysztaBw korzystnie zorientowanych w kierunku odprowadzenia ciepBa, tj. prostopadle do jamy wlewnicy tworzc tzw. stref krysztaBw sBupkowych, ktre tworz si na skutek dalszego odprowadzanie ciepBa przez wlewnic. Strefa dendrytw Strefa ta, dochodzi do [rodka wlewka, cechuje si krystalizacj rwnoosiowych dendrytw o przypadkowej orientacji. Dendry ktry nie jest blokowany przez \aden inny dendryt, a dziki temu nie jest znieksztaBcony, uwa\any jest za pojedynczy krysztaB. Stal uspokojona Stale uspokojone, zawieraj dodatki pierwiastkw o du\ym powinowactwie do tlenu (mangan, krzem, aluminium) w takich ilo[ciach aby nastpiBo dalsze odtlenienie ciekBej stali, a nie zachodziBa reakcja odtleniania drog utleniania wgla we wlewnicy. W stalach uspokojonych nie wydziela si w czasie krystalizacji wlewkw tlenek wgla, co powoduje skBonno[ do tworzenia si jamy skurczowej i zmniejsza uzysk stali. Stal nieuspokojona. Wlewek stali nieuspokojonej charakteryzuje si obecno[ci licznych pcherzy gazowych, na niemal caBej powierzchni. Uzysk w tych stalach jest najwikszy, ale zawieraj one najmniej tlenu. Pcherze gazowe utrudniaj obrbk plastyczn. Stale te ze wzgldu na ni\sz jako[ s stosowane na wyroby o niezbyt wysokich wymaganiach. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 5 Jama skurczowa Metal po odlaniu zarwno w stanie ciekBym jak i staBym kurczy si w sposb cigBy podczas chBodzenia. Zmiana ta ma charakter skokowy w czasie krystalizacji, nastpuje wtedy wzrost krysztaBw w kierunku [rodka wlewnicy. KrysztaBy te wydBu\aj si i zmniejszaj swoj objto[ w sposb cigBy, a lustro pozostajcej cieczy opada. Rozr\ni tu mo\emy dwa rodzaje jam skurczowych: wtrn i wBknist. Pcherze gazowe Rozpuszczone gazy, ktre znajduj si w ciekBym metalu pochodz z powietrza (tlen, azot) i ze spalin. PrzykBadem mo\e by tu proporcja podana w [3] l kg stali w temperaturze 1700 C i ci[nieniu l bar rozpuszcza si 340 cm3. Mechanizm powstawania pcherzy gazowych jest nastpujcy: wraz ze spadkiem temperatury maleje w sposb cigBy rozpuszczalno[ gazw w metalu, jedynie podczas krzepnicia zmiana ta ma charakter skokowy. Wydzielone gazy Bcz si, tworzc pcherze i usiBuj przedosta si w gr na powierzchnie cieczy. Udaje si to tylko w metalach czystych i to niewielkiej ilo[ci gazw. Najbardziej niebezpieczne pcherze gazowe to te ktre znajduj si blisko powierzchni wlewka. Mog one utworzy tu kanaBy Bczce pcherze z powietrzem. Pcherze gazowe powoduj, \e wlewek jest porowaty, ale zmniejszaj lub nawet caBkowicie powstrzymuj powstawanie jam skurczowych. 2.2. Technika obserwacji i przygotowanie przekrojw Badanie zgBadw przeprowadza si na przekrojach caBych elementw, a je[li rozmiary ich s zbyt du\e to pobiera si prbki wycinane z badanego elementu. Czynno[ wycinania nie powinna zmienia struktury materiaBu, albowiem powodowaBo by to zafaBszowanie wynikw. Je\eli prbk wycina si za pomoc palnika acetylenowo- tlenowego, to nale\y wtedy przewidzie wpByw strefy ciepBa i przewidzie nadmiar materiaBu do usunicia. Prbki do badaD nale\y w miar mo\liwo[ci pobiera w taki sposb lub w takim miejscu aby mo\liwe byBo zaobserwowanie caBo[ci przekroju poprzecznego. ZgBady te mog by pobierane z najr\niejszych elementw i cz[ci maszyn, zarwno z odleww, stali poddanej obrbce plastycznej, zBcz spawanych jak i rwnie\ zBcz zgrzewanych, a w zale\no[ci od rodzaju badania stosowane s r\ne odczynniki trawice. Nastpnie zgBady poddaje si szlifowaniu, a przy stosowaniu niektrych odczynnikw zalecane jest nawet polerowanie np. odczynnik Oberhoffera. Polerowanie jest jednak rzadko stosowane w trakcie badaD makroskopowych, albowiem, powierzchnia odpowiednio wyszlifowana na papierze [ciernym, bdzie wygldaBa na bByszczc. Dalsze jej szlifowanie nie jest konieczne. Jednak w trakcie badania tej samej prbki pod mikroskopem widoczne bd liczne rysy, ktre powodowa bd odbicie [wiatBa i nieprawidBow interpretacje wynikw. Prbki nastpnie obserwuje si bez trawienia lub poddaje trawieniu odpowiednim odczynnikiem, w zale\no[ci jakie informacje dotyczce struktury badanego elementu chcemy uzyska. Reasumujc mo\na stwierdzi, i\ badanie makrostruktury wygBadzonej powierzchni polega na takim samym przygotowaniu powierzchni badanego elementu jak do badaD mikroskopowych, pomijajc polerowanie. S to wic badania niszczce, albowiem element musi by przecity, nastpnie szlifowany a niekiedy polerowany. Musi to by jednak zrealizowane w sposb nie wpBywajcy na stan struktury materiaBu z ktrego jest wykonany. 2.3. Odczynniki stosowane do trawienia zgBadw i interpretacja wynikw Wiele wad materiaBu jest widocznych goBym okiem bez konieczno[ci trawienia prbki, jednak niektre wady materiaBowe zarwno struktury wewntrznej jak opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 6 i zewntrznej nie s widoczne od razu po wyciciu prbki, czy nawet po jej szlifowaniu. Konieczne jest wtedy zastosowanie odczynnikw trawicych. W zale\no[ci od rodzaju i celu badaD stosuje si r\ne odczynniki, zale\nie od tego co ma by wyeksponowane. Mo\na je podzieli na dwa podstawowe rodzaje: " kwasowe - dziaBajce korodujce np. odczynnik Baumana; " miedziowe - dziaBajce elektrolitycznie np. odczynnik Obershoffera. (mie nale\y usun z powierzchni przez zmycie 5% roztworem amoniaku. Mechanizm dziaBania odczynnikw polega na tym, \e atakuj one silniej miejsca odksztaBcone plastycznie, granice ziaren oraz skupienia zanieczyszczeD (siarka, fosfor). Obszary te nastpnie w zale\no[ci od skBadu chemicznego na powierzchni uzyskuj r\n barw. Odczynnik Heyna (Ma l Fe) - ujawnia struktur wBknist, ktra powstaBa po przerbce plastycznej, z przebiegu wBkien mo\na wnioskowa o sposobie wykonania elementu. Szlif trawi si tu od 0,5 do 5 min. a osad Cu zmywa wod lub 5 % roztworem amoniaku. (1Og chlorku amonowo- miedziowego, lOOcm3 wody) Przebieg wBkien [wiadczy o jednokrotnym wyboczeniu podczas kucia PrawidBowo wykonany Beb [ruby Nakrtka wykonana przez kucie Gwint [ruby wykonany poprzez toczenie Nakrtka wykonana przez toczenie Rys. Zruba z Bbem kutym  struktura wBkien OddziaBuje on na miejsca bogate w fosfor zabarwiajc je brunatnie, a bogatsze w wgiel na szaro. Makrostruktura stali jest tu bardziej widoczna na mniej wygBadzonej powierzchni. Tak wic polerowanie nie jest tu zalecane. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 7 RwnolegBy ukBad wBkien [wiadczy o prawidBowym kuciu (prba Heyna) Rys. Hak kuty  rwnolegBy ukBad wBkien Po prbie tej mo\na wnioskowa czy dany element jest elementem przerobionym plastycznie (struktura pasmowa), czy odlewem (struktura dendrytyczna lub globulityczna). Odczynnik Oberhoffera (Ma 2 Fe)  ujawnia struktur pierwotn stali, czyli struktur ktra powstaje w trakcie krzepnicia. Niejednorodno[ ta zostaje znieksztaBcona podczas obrbki plastycznej w kierunku pBynicia metalu. Struktura z rwnoosiowej staje si ukierunkowana. Szczeglnie widoczne to jest w elementach poddanych walcowaniu, spczaniu czy przy nagniataniu gwintw. DziaBanie jego polega na tym, i\ silnie trawi miejsca ubogie w fosfor, ktre ciemniej, a na miejsca bogate w fosfor prawie nie dziaBa, pozostawiajc je jasne i bByszczce. Bardzo istotne jest tu dokBadne przygotowanie powierzchni przez polerowanie. Prbk trawi si od 5s do 2 min, a osad Cu zmywa wod. Struktura pierwotna odlewu [wiadczy o sposobie wykonania przez obrbk skrawaniem Rys. Zruba wykonana z prta sze[cioktnego poprzez obrbk skrawaniem opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 8 Widoczne linie wBkien [wiadcz o wykonaniu Bba przez kucie Z przebiegu wBkien wynika \e gwint zostaB wykonany przez obrbk skrawaniem Rys. Badanie struktury wBkien za pomoc odczynnika Oberhoffera. Odczynnik Baumana (Ma 3 Fe) - ujawnia on przede wszystkim rozmieszczenie siarki oraz po cz[ci fosforu. Ujawnia si to na przyBo\onym do powierzchni papierze fotograficznym. Prbk poddan analizie w ten sposb nale\y dokBadnie umy i osuszy, albowiem niedopilnowanie spowoduje korozj prbki. Strefa zewntrzna, krzepnca najszybciej, skBadajca si z bardzo drobnych ziaren zamro\onych Strefa [rodkowa wlewka, krzepnca najwolniej, zbudowana jest z du\ych ziaren, przypadkowo zorientowanych. Strefa wewntrzna, krzepnca wolniej ni\ strefa zewntrzna, skBada si z wikszych ziaren sBupkowych. Rys. Prba Baumana - struktura pierwotna wlewka Odczynnik Fry (Ma 8 Fe) - Ujawnia odksztaBcenia plastyczne. Odczynnik ten atakuje strefy w ktrych zostaBa przekroczona granica plastyczno[ci, ujawniajc je w postaci ciemnych linii. S to tzw. linie pBynno[ci. Odczynnik ten mo\e rwnie\ sBu\y do ujawnienia strefy wpBywu ciepBa. Odczynnik Adlera (Ma 11 Fe) - sBu\y on do ujawnienia struktury spoiny. Odczynnik ten ujawnia linie zanieczyszczeD czyli segregacj fosforu i wgla w stali. Dzieje si tak poniewa\, spoina jest o nieco innym ksztaBcie ni\ materiaB rodzimy. Charakteryzuje si typow dla opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 9 odlewu gruboziarnist, dendrydyczn struktur, a w przypadku spoiny wielowarstwowej widoczne s wyrazne granice poszczeglnych warstw. Badanie stosuje si przede wszystkim do ujawnienie wad w spoinie i w strefie wpBywu ciepBa. Spoiwo MateriaB rodzimy Strefa wpBywu ciepBa Rys. Struktura zBcza spawanego - odczynnik Adlera Widoczne poszczeglne warstwy spoiny wielowarstwowej Rys. Struktura zBcza spawanego, stal platerowana - odczynnik Oberhoffera 3. Metodyka przeprowadzania badaD makroskopowych przeBomw 3.1. Nazewnictwo Nazwa przeBom jest to\sama z nazw zBom, obie nazwy s poprawne i tak samo rozumiane. PrzeBom jest pBaszczyzn ktra powstaje po rozdzieleniu materiaBu na co najmniej dwie cz[ci, a bezpo[redni przyczyn jego powstania jest przekroczenie poziomu napr\eD dopuszczalnych dla danego materiaBu (elementu) . Rozdzielenie to mo\e by powodowane wieloma czynnikami technologicznymi jak i eksploatacyjnymi. Czynnikami decydujcymi w znacznym stopniu o poziomie napr\eD dopuszczalnych s r\nego rodzaju czynniki materiaBowe, tak jak chocia\by przy badaniach zgBadw (wtrcenia, pcherze, niejednorodno[ skBadu chemicznego, wielko[ ziaren itd.). Tego typu czynniki nale\ do czynnikw wewntrznych. Istniej jednak jeszcze czynniki zewntrzne, ktre s ksztaBtowane przez konstruktora i eksploatatora. Przekroczenie obu rodzajw tych czynnikw mo\e powodowa powstanie mikro-pkni i w nastpstwie powstanie przeBomu. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 10 3.2. Cel badania przeBomw Badanie przeBomw (zBomw), dostarcza wiele informacji dotyczcych materiaBu, umo\liwiaj przede wszystkim przybli\one okre[lenie wielko[ci ziaren, ich ksztaBtu i uBo\enia ziaren oraz pozwalaj okre[li kierunek przebiegu przeBomu. Pozwalaj, okre[li wielko[ wtrceD niemetalicznych i niecigBo[ci materiaBowych, a tak\e pozwalaj na okre[lenie warunkw i przyczyn powstania przeBomw. Ta ostatnia informacja jest szczeglnie istotna je[li chodzi o diagnozowanie badanych elementw oraz przy konstruowaniu nowych elementw cz[ci maszyn. Wa\ne jest to szczeglnie przy badaniu i analizie stanw awaryjnych i przyczyn ich powstania, poczynajc od poprawno[ci doboru materiaBu z ktrego wykonano element, a na poprawno[ci monta\u i demonta\u koDczc. 3.3. Obserwacja przeBomw Obserwacja przeBomw pozwala uzyska informacje na temat struktury i budowy materiaBw. Jednorodny, jednolity i ziarnisty charakter materiaBu, obrazuje przeBom jednolity na caBej powierzchni. Struktur t mog jednak zakBci wady materiaBowe, takie jak: wtrcenia niemetaliczne i niecigBo[ci materiaBowe. Przebieg przeBomu uzale\niony jest rwnie\ od temperatury w jakiej dany element si znajduje. Je\eli przeBom powstaje w temperaturze otoczenia, to najcz[ciej przebiega on przez ziarna i nazywany jest przeBomem trans-krystalicznym, je\eli natomiast przeBom powstaje w wysokich temperaturach to przebiega przez granice ziaren i nazywany jest przeBomem midzy-krystalicznym. W badaniach makroskopowych okre[la si rwnie\ wielko[ ziarna przeBomu, ocenia si to przez porwnanie z wzorcow skal przeBomw, JERNKONTORET-a Bardzo wa\nym czynnikiem podczas obserwacji przeBomw jest o[wietlenie stanowiska badawczego. Poniewa\ przeBomy s to w swojej budowie zbli\one do pBaskorzezby, posiadaj trzy wymiary, ka\de nieprawidBowe o[wietlenie bdz nierwne czy niestabilne mo\e powodowa istn gr [wiateB, a co za tym idzie dla niedo[wiadczonego oka mo\e powodowa faBszowanie wynikw obserwacji poprzez powstawanie cieni, pB cieni i odbi. 3.4. Rodzaje przeBomw Wyr\nia si dwa podstawowe rodzaje przeBomw: rozdzielczy i po[lizgowy, przy czym oba pojcia s stanem chwili badanego elementu, uzale\nionym od wielu czynnikw eksploatacyjnych i zewntrznych. PrzeBom rozdzielczy - nastpuje bez [ladw wcze[niejszego odksztaBcenia plastycznego, nazywa si go w literaturze jak przeBom rozdzielczy kruchy. Najcz[ciej wystpuje on w \eliwie lub w stali zahartowanej. PrzeBom tego typu mo\e by rwnie\ poprzedzony niewielkim odksztaBceniem plastycznym i wtedy nazywamy go przeBomem rozdzielczym wizki - wystpuje on najcz[ciej w stali hartowanej i odpuszczonej w niskiej temperaturze. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 11 Rys. PrzeBom rozdzielczy (kruchy) PrzeBom po[lizgowy - poprzedzony jest wyraznym odksztaBceniem plastycznym i wystpuje w stali wy\arzonej oraz w wikszo[ci metali nie\elaznych i ich stopw. Rys. PrzeBom po[lizgowy Pomimo \e niektre materiaBy s podatne na jeden rodzaj przeBomw, a na drugi nie to jednak rodzaj przeBomu jest zale\ny przede wszystkim od tego ktra skBadowa obci\enia jest dominujca. SkBadowa normalna napr\enia powoduje zniszczenie materiaBu przez przeBom kruchy, natomiast dominujca skBadowa styczna powoduje zniszczenie drog przeBomu po[lizgowego. Obci\enia udarowe, zwBaszcza przy dostatecznie du\ej energii uderzenia powoduj najcz[ciej przeBomy rozdzielcze, bez wzgldu na rodzaj materiaBu. PrzeBom zmczeniowy - jest to charakterystyczny rodzaj przeBomu, elementu ktry ulegB zniszczeniu pod wpBywem dziaBania obci\eD zmczeniowych (cyklicznie zmiennych). Na powierzchni tego elementu mo\emy wyr\ni dwa obszary: gBadki i ziarnisty. Pocztek zjawiska Obszar gBadki z widocznymi limiami muszlowymi Obszar ziarnisty koDcowy etap przeBomu zmczeniowego Rys. PrzeBom zmczeniowy i jego podstawowe obszary opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 12 Obszar gBadki charakteryzuje si tym \e widoczne s w tym miejscu przeBomu charakterystyczne koncentryczne linie, majce swoje centrum w miejscu pocztku przeBomu zwanym te\ ogniskiem. Muszlowa cz[ przeBomu tworzy si w czasie rozwoju pknicia. WygBadzenie tej powierzchni jest wynikiem tarcia powierzchni pknicia wywoBanego odksztaBceniami elementu podczas kolejnych cykli zmian obci\enia. Ziarnista cz[ przeBomu odpowiada koDcowemu pkniciu elementu. Proces ten rozpoczyna si mikropkniciem w miejscu zwanym ogniskiem, tj. w miejscu lokalnej koncentracji napr\eD, wywoBanej dziaBaniem mikrokarbu. 4. Prbki do wiczenia Do wiczenia przygotowano 20 prbek, ktre pod wzgldem obserwacji mo\emy podzieli na 2 grupy i 8 kategorii: 1. Badanie zgBadw 1. Struktura Pierwotna podczas odleww (l prbka) 2. Struktura pierwotna odleww ci[nieniowych (l prbka) 3. Warstwy powierzchniowe (2 prbki) 4. Budowa wBknista po przerbce plastycznej (2 prbki) 5. Wady wewntrzne (3 prbki) 6. ZBcza spawane (4 prbki) 7. Niejednorodno[ skBadu chemicznego (l prbka) 2. Badanie przeBomw 8. Identyfikacja podstawowych typw przeBomw (7 prbki) Prbka nr 1: Pozwala ona na obserwacj struktury pierwotnej odlewu. Wyraznie wida tu budow strefow. Widoczna jest tu strefa krysztaBkw zamro\onych, ktre powstaj podczas szybkiego chBodzenia ciekBego metalu, przez stosunkowo zimn form. Gruboziarnista struktura o wyraznym ukBadzie promieniowym, cho niekiedy chaotyczna, to strefa krysztaBkw sBupkowych, ktre powstaBy na skutek kierunkowego odprowadzania ciepBa od osi odlewu do powierzchni, a w ich dalszej cz[ci wybudowane dendryty, ktre s w tej prbce bardzo dobrze widoczne. W cz[ci osiowej mo\na zaobserwowa tzw. rzadzizny, czyli gbczasta porowata struktura, tworzca si podczas krzepnicia cieczy, gdy wiksza cz[ krysztaBw zgrupuje si a pomidzy nimi zostanie zamknita ciecz nie majca poBczenia z reszt. Rzadzizny w cz[ci osiowej odlewu Gruboziarnista strefa dendrtw Strefa krysztaBw zamro\onych opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 13 Prbka nr 2: W korpusie odlewanym ci[nieniowe z stopu AlSi9, po przeprowadzeniu trawienia odczynnikiem Heyna, mo\emy zaobserwowa siatk ziaren. Miejsca ciemniejsze to miejsca mniej zanieczyszczone. Widoczna struktura pierwotna odlewu Prbka nr 3: SworzeD wykonany ze stali o zawarto[ci wgla 0,1 - 0,15 % (stal jak na gwozdzie). Warstwa wierzchnia sworznia jest nawglana, przez co ro[nie twardo[ na powierzchni sworznia, a zawarto[ wgla ksztaBtuje si na poziomie 0,8 %. Grubo[ tej warstwy wynosi 1 do 1,5 mm. Warstwa ta jest widoczna goBym okiem na caBym obwodzie. Charakterystyczny wygld warstwy nawglanej jest jak by byBo przytarte na brzegu lub jak by ostrym skrobakiem zebrana byBa na krawdzi warstwa (zadry) po obrbce skrawaniem. RdzeD tego sworznia musi by plastyczny, aby mgB przenosi obci\enia. Gdyby caBy wykonany byB ze stali o wikszej zawarto[ci wgla lub gdyby byB hartowany na wskro[, to mogBo by to doprowadzi do powstania przeBomu kruchego. Warstwa wierzchnia nawglana zawarto[ wgla 0,8% Prbka nr 4: BaryBka Bo\yska tocznego. Wykonana ze stali plastycznej, podobnej jak prbka nr 3. RdzeD tego elementu jest plastyczny, mo\e przenosi obci\enia zmienne, natomiast warstwa wierzchnia, jest utwardzona przez hartowanie powierzchniowe. Grubo[ tej warstwy wynosi od 2 do 5 mm. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 14 Hartowanie powierzchniowe, warstwa wierzchnia ma inn strukturni\ rdzeD Prbka nr 5: Zruba wykonana z prta sze[cioktnego, po szlifowaniu i trawieniu odczynnikiem Oberhoffera, uwidoczniBa si struktura pierwotna. Wida, i\ element ten zostaB wykonany przez obrbk skrawaniem. Dotyczy to zarwno Bba [ruby jak i gwintu. Widoczna struktura pierwotna odlewu Prbka nr 6: Zruba wykonana z prta walcowanego, poprzez obrbk plastyczn. Zruba po szlifie zostaBa poddana trawieniu odczynnikiem Oberhoffera, co ujawniBo struktur wBknist materiaBu. Wida \e Beb [ruby zostaB wykonany poprzez spczanie, gwint natomiast zostaB nacity poprzez obrbk skrawaniem. Widoczne linie wBkien [wiadcz o wykonaniu przez kucie Z przebiegu wBkien wynika \e gwint zostaB wykonany przez obrbk skrawaniem opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 15 Prbka nr 7: Prt stalowy, poddany obrbce plastycznej, o czym [wiadczy ksztaBt przekroju poprzecznego(prostokt z mocno zaokrglonymi naro\nikami). Na prbce tej mo\na przede wszystkim zaobserwowa liczne pknicia osiowe wzdBu\ caBego elementu, powstajce w kierunku promieniowym, od [rodka (osi) prta do [cianek zewntrznych. Przyczyn powstania tego typu wad mog by bBdy popeBnione w trakcie obrbki plastycznej, w tym przypadku chodzi tu o kucie. KsztaBt prta uzyskany jest poprzez obrbk plastyczn (przekrj prostoktny) Liczne pknicia osiowe Prbka nr 8: W prbce tej, zaobserwowa mo\na r\ne wtrcenia niemetaliczne ktre znalazBy si w odlewie w wyniku bBdw popeBnionych w trakcie procesu metalurgicznego i odlewniczego. Wtrcenia niemetaliczne Pcherze gazowe Prbka nr 9: Element ten uwidacznia liczne wtrcenia niemetaliczne, za\u\lenia i pcherze gazowe w zBczu spawanym. Widoczna jest tu bardzo dobrze struktura zBcza spawanego, czyli materiaB rodzimy, topiwo i strefa wpBywu ciepBa. Przyczyn powstania tak wielu wad w tym zBczu spawanym jest najprawdopodobniej, nieprzestrzeganie dyscypliny technologicznej w procesie metalurgicznym, jak i rwnie\ podczas spawania. Spowodowane to mo\e by te\ nieprawidBowym wykonaniem zBcza przez osob nie posiadajc odpowiednich kwalifikacji. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 16 Pcherze gazowe Wtrcenia MateriaB rodzimy Topiwo Prbka nr 10: Wycinek zBcza krzy\owego, ktre charakteryzuje si a\ czterema spoinami pachwinowymi. Wszystkie spoiny w tej prbce s jedno[ciegowe. MateriaB rodzimy Spoina pachwinowa jedno[ciegowa Miejsca w ktrych elementy s niepoBczone Prbka nr 11: Prbka podobna do prbki nr 16, Spoina pachwinowa MateriaB rodzimy jedno[ciegowa Miejsca w ktrych elementy s niepoBczone opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 17 Prbka nr 12: ZBcze krzy\owe wykonane z blachy platerowanej, walcowanej na zimno. Jedna strona to stal kwasoodporna druga to stal niskowglowa. Bardzo istotne w procesie Bczenia tego typu stali jest wykonanie prawidBowego przetopu. Pomimo, i\ s to zBcza pachwinowe wielo- [ciegowe, a warstwa stali kwasoodpornej wynosi zaledwie ok. 3 mm, to jednak bardzo wa\ne jest aby topiwo jednego rodzaju, nie powodowaBo przetopu drugiego rodzaju stali. Jest to niewtpliwie bardzo trudny technologicznie proces i zarazem kosztowny. Samo wykonanie tego typu blachy rwnie\ nastrcza wiele trudno[ci, albowiem sama blacha mo\e si rozwarstwia i nie speBnia wymagaD jakie si przed ni stawia Stal kwasoodporna PrawidBowo wykonany przetop - tylko w obrbie jednego rodzaju stali Widoczne kolejne [ciegi spoiny pachwinowej Prbka nr 13: Prbka to podobna jest do prbek nr 16 i 17 z t r\nic, i\ spoiny s tu wielo[ciegowe. MateriaB rodzimy Wido9czne kolejne [ciegi spoiny pachwinowej Prbka nr 14: Prbka ta sBu\y do przeprowadzenia prby Baumana i okre[lenie niejednorodno[ci skBadu chemicznego. Prba ta uwidacznia szczeglnie zawarto[ siarki. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 18 Powierzchnia prbki przygotowany do przeprowadzenia prby Baumana Prbka nr 15: WaB korbowy od samochodu FIAT 125p, doskonale obrazuje przeBom zmczeniowy. Prawdopodobn przyczyn awarii byBo nieprawidBowe wykonanie szlifu. Miejsce gdzie czop Bo\yska gBwnego zbiega si z wykorbieniem, zostaBo nieprawidBowo obrobione (zbyt maBy promieD) co spowodowaBo koncentracje napr\eD w tym miejscu (efekt karbu) i spowodowaBo uszkodzenie tego elementu. PrzeBom zmczeniowy Zbyt maBy promieD wykonany po szlifie waBu,prawdopodobna przyczyna awarii Prbka nr 16: Prbka ze stali niskowglowej poddana rozciganiu na maszynie wytrzymaBo[ciowej, obrazuje charakter przeBomu plastycznego. Wida tu wyraznie charakterystyczn szyjk (przew\enie) w miejscu powstania przeBomu plastycznego. Charakterystyczne przew\enie Wygld przeBomu plastycznego, materiaBu, [wiadczy o charakterze analizowanej prbki przeBomu opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 19 Prbka nr 17: Prbka z \eliwo poddane rozciganiu, bardzo dobrze obrazuje wygld struktury przeBomu kruchego. W elemencie tym nie wyksztaBciBa si szyjka charakterystyczna dla badania na rozciganie elementu ze stali plastycznej. Widoczny sto\ek jest wykonany poprzez obrbk skrawaniem. Brak samoistnego przew\enia Wygld przeBomu kruchego materiaBu, [wiadczy o charakterze analizowanej prbki przeBomu Prbka nr 18: Prbka ta to cz[ korbowodu (gBwka korbowodu) silnika okrtowego wysokoobrotowego. Na skutek nieprawidBowego monta\u bdz demonta\u pojawiBa si nowa wada zewntrzna (karb), tworzc miejsce koncentracji napr\eD. SpowodowaBo to powstanie przeBomu zmczeniowego. Widoczne s tu charakterystyczne dla przeBomu zmczeniowego charakterystyczne linie muszlowe oraz obszar przeBomu kruchego. Pocztek zjawiska Obszar gBadki z widocznymi limiami muszlowymi Obszar ziarnisty koDcowy etap przeBomu zmczeniowego Prbka nr 19: Stempel metalowy ktry pracowaB cyklicznie pod du\ym obci\eniem, o czym [wiadczy charakter jego uszkodzenia. Pknicia biegn promieniowo w gBb powierzchni materiaBu. W grnej cz[ci mo\emy zaobserwowa pknicia wtrne. Zwiadczy to o tym, i\ proces zniszczenia nastpiB bardzo szybko. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 20 Widoczne liczne pknicia biegnce w gBb materiaBu Prbka nr 20: PrzeBom tego wielowpustu, uwidacznia co mogBo by przyczyn awarii. Prawdopodobnie element ten byB hartowany na wskro[, o czym [wiadczy rodzaj przeBomu - przeBom kruchy. Poniewa\ rdzeD byB zbyt twardy (nie przenosiB obci\eD), spowodowaBo to pknicie waBka. Jednolity na caBej powierzchni przeBom kruchy, mo\e [wiadczy o tym i\. Przyczyn awarii mogBo by hartowanie na wskro[ 5. Zalety i wady badaD makroskopowych Niewtpliw zalet badaD makroskopowych jest ich prostota i mo\liwo[ wykonania w ka\dych warunkach, albowiem nie potrzeba s praktycznie \adne przyrzdy i urzdzenia aby tego typu badania przeprowadzi. Wystarczy obserwacja badanego materiaBu okiem nie uzbrojonym. Obserwacja taka dostarcza wielu informacji o budowie danego elementu, poczwszy od makrostruktury i sposobie wykonania, a na znalezieniu przyczyn awarii koDczc. Badania te pozwalaj rwnie\ na wyodrbnienie stref w danym elemencie, ktre wymagaj przeprowadzenia badaD mikroskopowych. Badania tego typu mo\na przeprowadza na miejscu gdzie dany element si znajduje bez konieczno[ci demonta\u. opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 21 Informacje dostarczane w tego typu badaniach czsto mog by informacjami priorytetowymi w trakcie diagnozowania przyczyn awarii. Badania makroskopowe maj rwnie\ wady. Je[li badanie dotyczy zgBadw, to konieczne jest przygotowanie powierzchni badanego materiaBu, tak jak do badaD mikroskopowych (bez polerowania). Czsto te\ konieczne jest pobranie prbek z elementw badanych. Prbki te nale\y wycina w sposb nie wpBywajcy na struktur wewntrzn elementu. Je\eli jednak nie ma innej mo\liwo[ci pobrania prbki jak wycinanie za pomoc palnika acetylenowo-tlenowego, trzeba uwzgldni wpByw strefy ciepBa i przewidzie naddatek, ktry nastpnie nale\y przygotowa przez frezowanie, toczenie i szlifowanie. Tak wic s to niewtpliwie badania niszczce. Badania makroskopowe wymagaj rwnie\ od osoby przeprowadzajcej to badanie do[ wprawnego oka i do[wiadczenia, aby prawidBowo interpretowa wyniki. S to jednak jedne z najprostszych metod badaD makroskopowych. Je[li natomiast chcemy uzyska informacje dotyczce zawarto[ci siarki lub innych pierwiastkw to potrzebne s nam do tego typu badaD r\nego rodzaju odczynniki. Niewtpliw wad tych metod badaD makroskopowych jest wic konieczno[ posiadania wielu odczynnikw chemicznych, ktre pozwalaj na wykrycie wad wewntrz struktury oraz biegBa umiejtno[ posBugiwania si nimi. 6. Wytyczne do wiczenia 6.1. Cel wiczenia Podstawowym celem tego wiczenia jest zapoznanie si z podstawowymi cechami budowy wewntrznej elementw metalowych, na podstawie obserwacji makroskopowych przekrojw i przeBomw, a tak\e nabranie umiejtno[ci w ocenie uszkodzenia lub zniszczenia danego elementu. Pozwala to przy nabraniu odpowiedniej na okre[lenie przyczyny awarii i analiz przyczyny jej powstania. 6.2. Wymagane wiadomo[ci W celu poprawnej analizy prbek i zrozumienia istoty przeprowadzanych badaD makroskopowych, wymagana jest znajomo[ nastpujcych poj: " istota badaD makroskopowych i ich cel; " metodyka przeprowadzenia badaD makroskopowych; " rodzaje odczynnikw stosowanych do badaD makroskopowych i ich przeznaczenie; " rodzaje przeBomw i ich budowa; " istota przeBomu zmczeniowego i jego budowa oraz mechanizm powstawania. 6.3. Przebieg wiczenia wiczenie  Badania makroskopowe" podzielone jest na dwie cz[ci: teoretyczn i praktyczn, realizowane w jednym bloku (135 min.). Cz[ teoretyczna dotyczy: " wprowadzenie do tematu; " omwienie terminologii dotyczcej badaD makroskopowych; " przedstawienie podstawowych rodzajw wad i przeBomw na podstawie przygotowanych zdj. Cz[ praktyczna w peBni realizowana przez studentw: opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 22 1. wykona szkice wszystkich przedstawionych prbek z naniesieniem odpowiedniej struktury i szczegBw budowy charakterystycznych dla danej prbki; 2. opisa badany element i przeprowadzi analiz jego przyczyny uszkodzenia, a dla zBcz spawanych wykona opis strefy wpBywu ciepBa. 6.4. Wytyczne do sprawozdania Sprawozdanie powinno zawiera: 1. Cel wiczenia; 2. Wiadomo[ci podstawowe dotyczce badaD makroskopowych; 3. Opis przebiegu wiczenia; 4. Rysunki i opis poszczeglnych elementw (prbek); a. na rysunku powinien znajdowa si zarys prbki i zaznaczone dla niej charakterystyczne obszary; b. w opisie powinny by zawarte dane dotyczce danego elementu (pochodzenie, materiaB, nazwa elementu) oraz wyniki analizy (co mogBo by przyczyn uszkodzenia, a dla przekrojw analiz struktury materiaBu i co byBo przyczyn powstania tego typu wad) 5. Wnioski. Literatura 1. Prowans StanisBaw -  MateriaBoznawstwo - wiczenia laboratoryjne" , Politechnika SzczeciDska; 2. Prowans StanisBaw -  MateriaBoznawstwo", PWN 1984; 3. WesoBowski Kornel   Metaloznawstwo i obrbka cieplna , Wydawnictwo Naukowo Techniczne; 4. Domke Wilhelm   Vademecum MateriaBoznawstwa ; opracowaB: mgr in\. Bartosz GBowacki 23

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
01 Badania makroskopowe instrukcjaid 97
01?dania makroskopowe instrukcja 2id 79
Badania makroskopowe gruntów budowlanych
Badania makroskopowe
BADANIE MAKROSKOPOWE POŁĄCZEŃ SPAWANYCH
Badanie Oscyloskopu Instrukcja
badania oscylacyjne instrukcja
badania makroskopowe
badania makrosk spoiny pol szczecin
badania makroskopowe
instrukcja kontroli procesow technologicznych badania surowcow i wyrobow gotowych ciastkarni
Instrukcja 6 badanie pompy wodnej
Podstawy Metrologii Badanie wskaznikow zera jako przetwornikow II rzedu Instrukcja
INSTRUKCJA Badanie obwodow pradu stalego
Instrukcja badania wizualnego VT2 wersja 2
1930 Instrukcja dla lekarzy o sposobach badania i oceny fizycznejid480
Metrologia Badanie przetwornika Halla Instrukcja

więcej podobnych podstron