Badania makroskopowe.pdf

Æwiczenie 2

BADANIA MAKROSKOPOWE

1. CEL ÆWICZENIA

Celem æwiczenia jest poznanie wa¿niejszych metod badañ makroskopowych stali.

2. WIADOMOCI PODSTAWOWE

Badania makroskopowe polegaj¹ na obserwacji okiem nie uzbrojonym lub przy

niewielkim powiêkszeniu odpowiednio szlifowanych i trawionych zg³adów, a tak¿e

prze³omów elementów metalowych. Zg³ady do badañ makroskopowych wykonuje siê

zarówno z odlewów, stali przerobionej plastycznie, jak te¿ czêci spawanych i zgrze-

wanych.

Badania tego rodzaju s¹ badaniami niszcz¹cymi z uwagi na koniecznoæ wyciêcia

z badanego elementu odpowiedniej czêci, która nastêpnie jest przedmiotem obser-

wacji. Pozwalaj¹ one na zorientowanie siê w ogólnym charakterze i roz³o¿eniu sk³ad-

ników strukturalnych dziêki temu, ¿e obserwacji poddana jest du¿a powierzchnia prze-

kroju; w przeciwieñstwie do badañ mikroskopowych, które pozwalaj¹ na obserwacjê

tylko bardzo ma³ego wycinka przedmiotu, z uwagi na stosunkowo ma³e pole widzenia

mikroskopu. Opieraj¹c siê wy³¹cznie na obserwacji mikroskopowej mo¿na ³atwo po-

pe³niæ b³¹d uogólnienia zjawiska o charakterze mikroskopowym na ca³y badany przekrój.

Przy obserwacji prze³omów próbek ocenia siê zwykle wielkoæ ziarna, obecnoæ

wtr¹ceñ niemetalicznych, pêcherzy i innych wad materia³owych, warstwowoci, g³ê-

bokoci zahartowania itp. Poza tym rozpowszechnione s¹ jeszcze inne specjalne me-

tody badañ makroskopowych, jak np. próba prze³omu niebieskiego, próba strugania

i toczenia schodkowego itp.

2.1. Pobieranie i przygotowanie próbek

Próbka pobrana do badañ winna stanowiæ ca³y przekrój poprzeczny lub te¿ odpo-

wiednie du¿y wycinek przekroju poprzecznego. Powierzchniê wycinka nale¿y dobraæ

w ten sposób, aby w wyniku badania mo¿na by³o oceniæ ca³oæ materia³u.

Powierzchnie zg³adów przygotowuje siê do obserwacji na drodze szlifowania na

papierach ciernych z tym, ¿e stopieñ g³adkoci powierzchni nie musi byæ wysoki;

próbek na ogó³ nie poleruje siê.

Opracowa³: Stanis³aw Rudnik

2.2. Odczynniki stosowane do trawienia

Wyg³adzone próbki poddaje siê trawieniu odpowiednimi odczynnikami. Zestawie-

nie wa¿niejszych odczynników stosowanych do badañ makroskopowych wg normy

PN-61/H-04502 podaje tablica 2.1. U¿yte do badania odczynniki oddzia³ywuj¹ che-

micznie wzglêdnie elektrolitycznie na sk³adniki strukturalne próbki.

Tablica 2.1

Odczynniki do badania makrostruktury stopów ¿elaza

wg normy PN-61/H-04502

Lp. Symbol

Nazwa

Sk³ad chemiczny

Zastosowanie

Ma 1 Fe

odczynnik

Heyna

10g chlorku amonowo-miedzio-

wego, 100 cm 3 wody

ujawnia segregacjê fos-

foru i wêgla oraz w pew-

nej mierze strukturê

pierwotn¹

Ma 2 Fe odczynnik

Oberhoffera

500 cm 3 wody, 500 cm 3 alkoholu

etylowego, 0,5g chlorku mie-

dziowego, 0,5g chlorku cynowe-

go, 30g chlorku ¿elazowego,

50 cm 3 kwasu solnego (1,19)

ujawnia segregacjê

fosforu i strukturê

pierwotn¹

Ma 3 Fe odczynnik

Baumana

5 cm 3 kwasu siarkowego,

100 cm 3 wody

ujawnia rozmieszczenie

siarki, czêciowo fosforu

Ma 8 Fe odczynnik

Fry

120 cm 3 kwasu solnego (1,19).

20g chlorku miedziowego kryst.,

100 cm 3 wody

ujawnia odkszta³cenia

plastyczne

odczynnik

chromowy

10 cm 3 kwasu solnego, 1g kwasu

chromowego, 100 cm 3 wody

ujawnia rozmieszczenie

zanieczyszczeñ

Ma 5 Fe odczynnik

Jacewicza

38 cm 3 kwasu solnego (1,19),

12 cm 3 kwasu siarkowego (1,83),

30 cm 3 wody

ujawnia nieci¹g³oci

materia³u, wtr¹cenia

niemetaliczne oraz uk³ad

w³ókien

Ma 11 Fe odczynnik

Adlera

3g chlorku miedziowo-amono-

wego, 25 cm 3 wody po roz-

puszczeniu dodaæ 50 cm 3 kwasu

solnego (1,19), 15g chlorku

¿elazowego

ujawnia strukturê spoin

Dzia³anie elektrolityczne wykazuj¹ wszystkie odczynniki zawieraj¹ce sole miedzi.

Bêd¹ to przede wszystkim odczynniki Ma 1 Fe oraz Ma 2 Fe. Odczynniki te stosuje

siê do wykrywania segregacji fosforu, a niekiedy mog¹ one s³u¿yæ równie¿ do ujaw-

nienia struktury pierwotnej.

Odczynnik Ma 1 Fe (Heyna) oddzia³uje w ten sposób, ¿e miejsca bogate w fosfor

zabarwiaj¹ siê na brunatne, za bogatsze w wêgiel na szaro. Makrostruktura stali po

wytrawieniu tym odczynnikiem jest bardziej wyrana na mniej wyg³adzonej powierzchni,

³atwiej jest równie¿ w tym przypadku zetrzeæ nadmiar wydzielonej na powierzchni

próbki miedzi.

Odczynnik Ma 2 Fe (Oberhoffera) silnie trawi miejsca ubogie w fosfor, które ciem-

niej¹, a na miejsca bogate w fosfor prawie nie dzia³a, pozostawiaj¹c je jasne i b³ysz-

cz¹ce. Po d³u¿szym trawieniu tym odczynnikiem stali przerobionej plastycznie uwi-

dacznia siê równie¿ wyranie przebieg w³ókien. Wymaga to jednak dok³adnego

przygotowania powierzchni przez polerowanie.

Odczynnik Baumana (Ma 3 Fe) ujawnia na przy³o¿onym do zg³adu papierze foto-

graficznym bromosrebrnym wystêpowanie wtr¹ceñ siarczkowych w stali, zgodnie

z reakcjami:

FeS + H 2 SO 4 ® FeSO 4 + H 2 S

H 2 S + 2 AgBr ® Ag 2 S + 2HBr

W tych miejscach, w których na zg³adzie metalograficznym wystêpuj¹ siarczki

¿elaza FeS, na papierze fotograficznym otrzymuje siê ¿ó³tawo-brunatne wydzielenia

siarczku srebra Ag 2 S.

Do ujawnienia miejsc, w których zosta³a przekroczona granica plastycznoci sto-

suje siê odczynnik Ma 8 Fe (Fry); odczynnik ten atakuje strefy, w których zosta³a

przekroczona granica plastycznoci, ujawniaj¹c je w postaci ciemnych linii, tzw. linii

p³ynnoci. Przy du¿ych stopniach odkszta³cenia gêstoæ linii p³ynnoci jest tak du¿a, ¿e

wytrawiony obraz ulega zatarciu. Odczynnik Ma 8 Fe u¿ywany jest najczêciej do

badania czêci maszyn uszkodzonych w czasie pracy na skutek przeci¹¿enia statycz-

nego lub dynamicznego.

Do badania rozk³adu zanieczyszczeñ w stalach przerobionych plastycznie stosuje

siê równie¿ odczynnik chromowy, który dzia³aj¹c silnie na zanieczyszczenia uwidacz-

nia nie tylko budowê w³óknist¹, ale wszelkie jej przerwy spowodowane zgrzewaniem

lub spawaniem. Miejsca zdrowe nie ulegaj¹ dzia³aniu odczynnika.

W przypadku g³êbokiego trawienia stosuje siê odczynnik Ma 5 Fe, który dzia³a

silnie, zw³aszcza po podgrzaniu do temperatury 90°C. Ujawnia on wadliwe miejsca

materia³u, jak: wtr¹cenia niemetaliczne, rzadzizny oraz pêkniêcia.

Obserwacja prze³omu daje wa¿ne wskazówki co do jakoci materia³u oraz cha-

rakteru pêkniêcia, co ma szczególne znaczenie dla ustalenia przyczyn awarii maszyn.

W przypadku celowo wykonywanych prze³omów nale¿y jednak wzi¹æ pod uwagê, ¿e

sposób wykonania prze³omu mo¿e mieæ wp³yw na jego wygl¹d. Niew³aciwe przygo-

towanie próbki w niektórych przypadkach sugerowaæ mo¿e istnienie wad materia³o-

wych, które w rzeczywistoci nie wystêpuj¹. Dlatego przygotowanie próbek wymaga

ka¿dorazowo osobnego rozpatrzenia.

2.3. Metodyka badañ

2.3.1. Trawienie odczynnikiem Heyna

Zg³ad badanego elementu szlifowany na papierach ciernych o redniej gruboci

ziarna zwil¿a siê odczynnikiem Ma 1 Fe; czas trawienia wynosi 0,5 do 5 minut. Wy-

dzielon¹ warstewkê miedzi mo¿na sp³ukaæ strumieniem wody; usuwanie miedzi przy-

spiesza zmywanie zg³adu wodnym roztworem amoniaku. Nastêpnie zg³ad suszy siê

strumieniem powietrza.

2.3.2. Próba Baumana.

Badanie rozmieszczenia siarki, a czêciowo i fosforu

(wg PN-61/H-04502)

Dla przeprowadzenia próby Baumana szlifowanie zg³adu koñczy siê na papierze

ciernym o redniej gruboci ziarna. Do tak przygotowanego zg³adu przyk³ada siê

fotograficzny papier bromowo-srebrowy, namoczony w 5 % roztworze wodnym kwasu

siarkowego przez okres 2-5 minut. Przed przy³o¿eniem go do zg³adu papier bromowo-

srebrowy nale¿y przesuszyæ za pomoc¹ bibu³y. Wa¿ne jest, aby emulsja by³a dobrze

dociniêta do powierzchni zg³adu, co mo¿na uskuteczniæ za pomoc¹ gumowego wa³-

ka. Czas trawienia waha siê, w zale¿noci od zawartoci siarki w materiale, od

1 do 15 minut. Po zdjêciu papieru fotograficznego nale¿y go przep³ukaæ w wodzie,

utrwaliæ w utrwalaczu fotograficznym przez 10-20 minut i po ponownym przep³ukaniu

wysuszyæ na suszarce elektrycznej.

2.3.3. Trawienie odczynnikiem Fry

Przed wykonaniem zg³adu zaleca siê próbkê podgrzaæ do temperatury 150-300°C

i wytrzymaæ j¹ w tej temperaturze w ci¹gu 1 godz. Wypolerowany zg³ad trawi siê

w ci¹gu 1-3 minut, pocieraj¹c go wat¹ zwil¿on¹ odczynnikiem Ma 8 Fe. Ujawnienie

linii p³ynnoci nastêpuje zazwyczaj po kilku minutach, rzadziej po d³u¿szym trawieniu.

Z t¹ chwil¹ szlif nale¿y sp³ukaæ najpierw 50 % roztworem kwasu solnego (1,19), a na-

stêpnie wod¹, po czym nale¿y go suszyæ w strumieniu powietrza.

2.3.4. Trawienie odczynnikiem Oberhoffera

Sposób przeprowadzenia badania jest podobny jak przy zastosowaniu odczynnika

Ma 1 Fe, z tym jednak, ¿e zg³ad nale¿y bardzo g³adko wyszlifowaæ, a nawet wypole-

rowaæ. Czas trawienia jest krótszy i wynosi od kilku sekund do 2 minut.

2.3.5. Trawienie odczynnikiem chromowym

Zg³ad stalowy trawi siê przez pocieranie wat¹ zwil¿on¹ odczynnikiem chromo-

wym, a¿ do otrzymania wyranego obrazu makrostruktury. Nastêpnie próbkê p³ucze

siê kolejno wod¹ i alkoholem, na koniec suszy siê.

2.3.6. Próba g³êbokiego trawienia

(wg PN-57/H-04501)

Do badañ wycina siê próbki w postaci tarczy o gruboci 10-20 mm w ten sposób,

aby trawiona powierzchnia by³a prostopad³a do osi kêsa lub prêta. Powierzchnia

przeznaczona do trawienia powinna byæ obrobiona drobnym wiórem lub papierem

ciernym o redniej wielkoci ziarna. Trawienie przeprowadza siê w odczynniku Ja-

cewicza w temp. 95°C przez czas 15-20 minut. Trawienie nale¿y uwa¿aæ za zakoñ-

czone z chwil¹, gdy powierzchnia zg³adu zaczyna wykazywaæ nieznaczn¹ chropowa-

toæ lub zmatowienie. Po trawieniu próbki nale¿y op³ukaæ wod¹, w razie potrzeby

zobojêtniæ wodnym roztworem sody, po czym ponownie sp³ukaæ wod¹ i przesuszyæ.

Wytrawion¹ powierzchniê zg³adu obserwuje siê okiem nie uzbrojonym i porównuje

z obrazami zamieszczonymi w normie.

2.3.7. Trawienie odczynnikiem Adlera

Stosowane jest dla próbek wyciêtych z po³¹czeñ zgrzewanych i spawanych. Ba-

danie przeprowadza siê przez pocieranie zg³adu wat¹ zwil¿on¹ odczynnikiem Ma 11 Fe

w temperaturze pokojowej, a¿ do uzyskania kontrastowego obrazu makrostruktury

z³¹cza. Nastêpnie szlif p³ucze siê wod¹ oraz alkoholem, po czym suszy siê go w stru-

mieniu powietrza.

2.3.8. Próba prze³omu niebieskiego

(PN-60/H-04509)

Próba prze³omu niebieskiego pozwala na ocenê wewnêtrznych wad makroskopo-

wych stali. Stosuje siê j¹ do konstrukcyjnych stali wêglowych i stopowych w stanie

przerobionym plastycznie.

Próbki do badañ wycina siê z walcowych prê-

tów w ten sposób, ¿eby mia³y one kszta³t p³ytek

o gruboci 20-40 mm, jak to przedstawia rys.2.1,

i by p³aszczyzna prze³omu by³a równoleg³a do kie-

runku przebiegu w³ókien. Dla u³atwienia z³amania

próbka ma naciêty ostry karb.

Przeprowadzenie badania polega na tym, ¿e

próbkê nagrzewa siê do temperatury 100-150°C,

wy¿szej od temperatury niebieskiego nalotu

(tj. temp. 400°C) i po wyjêciu z pieca i och³odze-

prze³om

Rys. 2.1.

Próbka do próby prze³omu niebieskiego

wg PN-60/H-04509

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: