Анализ макрошлифов металлов

makroshlif

К основным свойствам металлургической продукции относятся: структура; величина зерна; прокаливаемость, механические, физиче­ские, химические свойства и др.

Структура сплавов контролируется на трех уровнях: макрострук­тура, микроструктура и тонкая структура.

Контроль макроструктуры — основной вид испытаний для определе­ния качества металлов и сплавов, в частности стали, и влияния дефек­тов металлургического производства и термической обработки.

 

Анализ макрошлифов металлов

Для контроля металла слитков, отливок, катаных и кованых заго­товок образцы (пробы) вырезают в направлении, перпендикулярном продольной оси. При изучении строения слитка, при макроанализе сварных швов образцы микрошлифов вырезают и в продольном на­правлении (параллельно продольной оси). Эти образцы называют темплетами.

Существуют несколько общих правил отбора и вырезки проб. Пробы отбирают из более загрязненной части слитка. При вырезке теплета расстояние от края заготовки должно быть не менее одного ее диаметра или стороны. Длина пробы должна быть не менее четырех диаметров (сторон) заготовки; темплет вырезают из середины пробы.

Рекомендуемая высота поперечных темплетов 15-40 мм. Длина продольных темплетов 100- 150 мм.

Макрошлифом называется поверхность образца (темплета), под­готовленная для исследования макроструктуры.

Контролируют макроструктуры как на поперечных, так и на про­дольных изломах. Для контроля излома темплет надрезают на глуби­ну, позволяющую получить излом высотой > 10 мм для прутков диа­метром ≥ 80 мм и≥5 мм -для прутков диаметром < 80 мм. Надрезан­ные образцы закаливают по режиму, принятому для данной марки стали, а затем ломают на копре или под прессом. Иногда после про­катки или ковки пробы отрезают в горячем состоянии. Условия резки (нагрев от автогена, смятие от пресса или пилы) не должны сказы­ваться на состоянии поверхности контролируемого сечения.

Контролируемую поверхность темплетов торцуют, строгают и шлифуют. Готовая поверхность должна быть ровной, гладкой, без наклепа и прижога.

Для выявления строения и дефектов макроструктуры темплеты травят специальными реактивами. Травление происходит неравномерно по подготовленной поверхности образца. Места скопления примесей, различные несплошности (поры, раковины, трещины) и другие дефектные участки структуры травятся сильнее. На поверхно­сти макрошлифа появляются углубления, попадая в которые отражен­ный свет рассеивается и эти участки воспринимаются глазом как тем­ные, в то время как гладкие, менее сильно травящиеся, участки по­верхности кажутся светлыми.

Оценку макротемплетов и изломов производят визуальным осмот­ром. Для уточнения классификации дефектов применяют двух- и че­тырехкратное увеличение.

Макроструктуру металла сравнивают с фотоэталонами стандарт­ных шкал макроструктуры — ГОСТ 10242 — 75. Степень развития де­фектов (балл) определяется количеством дефектных участков, их раз­мерами, резкостью проявления, площадью образца, пораженной де­фектами, или глубиной их залегания.

Данный ГОСТ предусматривает оценку по пятибалльным шкалам следующих дефектов:

  1. Центральной пористости.
  2. Точечной неоднородности.
  3. Общей пятнистой ликва­ции.
  4. Краевой пятнистой ликва­ции.
  5. Ликвационного квадрата.
  6. Подусадочной ликвации.
  7. Подкорковых пузырей.
  8. Межкристаллитных трещин и прослоек.
  9. Послойной кристаллизации.
  10. Светлой полоски (контур)

Для выявления макроструктуры применяют реактивы глубокого и поверхностного травления, а также используют метод отпечатков.

Метод отпечатков основан на том, что изображение структуры проявляется не на самом шлифе, а на фотобумаге. Этим методом вы­являют неравномерное распределение (ликвацию) серы в стали. Сера находится в стали в виде сернистых соединений — сульфидов марган­ца и железа. Для выявления скоплений этих включений используют метод серного отпечатка (метод Баумана).

Фотографическую бромосеребряную бумагу засвечивают, смачи­вают в 5%-ном растворе серной кислоты, слегка подсушивают и укла­дывают на поверхность шлифа. Сернистые включения FeS и MnS, находящиеся на поверхности шлифа, реагируют с серной кислотой. При этом выделяется сероводород, который вступает в реакцию с бромистым серебром фотоэмульсии. Фотобумага в этом месте темне­ет и на ней появляется отпечаток сернистого соединения. Затем бума­гу промывают и закрепляют в растворе гипосульфита и подсушивают. На бумаге получается поверхность макрошлифа коричневого цвета, а участки скопления серы имеют более темную окраску. Полученный отпечаток показывает форму и распределение сульфидов в исследуе­мой стали.

Глубокое травление применяют для выявления макродефектов (пор, раковин, трещин и др.). В этом случае в качестве реактивов для травления сталей используют концентрированные растворы кислот или их смесей. Широко распространен реактив следующего состава: 100 мл соляной кислоты, 100 мл воды. Травление осуществляется по­гружением образца в горячий реактив (t = 60 — 80 °С), продолжитель­ность травления 5-45 минут. Реактив рекомендуется для сталей всех составов, кроме специальных.

Для выявления несплошностей в сталях применяют поверхностное травление в реактиве Гейна, содержащего 85 г CuCl2 и 53 г NH4Cl, растворенных в 1000 мл воды. Режим травления (температура реакти­ва 20 °С, время травления 0,5 — 1,2 мин.). При погружении в реактив макрошлифа протекает обменная реакция. Железо растворяется и вы­тесняет медь из раствора, которая оседает на поверхности образца. На участках, недостаточно защищенных медью (поры, раковины, трещи­ны, неметаллические включения), травление происходит сильнее. Осевшую на поверхности медь снимают ватным тампоном.

Вышеуказанные реактивы глубокого и поверхностного травления применяются для выявления дендритного строения слитков, волокни­стости кованой и катаной стали. Из-за неоднородного состава и раз­личного строения волокна металла имеют различную травимость. По­лосы, содержащие большое количество включений, имеют более тем­ный цвет.

Для определения глубины поверхностного слоя, образованного по­сле цементации или закалки крупных изделий, темплет травят 3 мин. в 50 %-ном растворе соляной кислоты при 80 °С. После травления закаленный слой имеет более темную окраску.

В таблице 1. представлены составы травителей для макроскопи­ческого исследования сталей и чугунов, а также режимы травления и способы употребления. На практике используют и другие реактивы, составы которых обычно указаны в справочной литературе.

Таблица 1.  Травители для макроскопического исследования сталей и чугунов.