Podgląd częściowego tekstu
Pobierz Badania struktury materiałów: badania metalograficzne makroskopowe, mikroskopowe i inne i więcej Skrypty w PDF z Materials Physics tylko na Docsity!
4. BADANIA STRUKTURY MATERIAŁÓW Własności metali i stopów metali zależą od ich budowy wewnętrznej. Wiedzę w tym zakresie uzyskuje się przeprowadzając badania struktury. Można wymienić kilka powodów, dla których się je przeprowadza, tj: - badania podstawowe, - poznanie historii wykorzystania lub eksploatacji przedmiotu, np. badania poawaryjne, badania obiektów archeologicznych, - monitorowanie procesów wytwarzania, - określenie przydatności danego tworzywa do konkretnych, praktycznych zastosowań. Badania struktury wykonuje się dla trzech zakresów powiększeń, jako: - badania makrostrukturalne (skala milimetrowa), - badania mikrostrukturalne (skala mikrometrowa), - badania krystalograficzne (skala nanometrowa). Dopiero łączna analiza wyników badań dla tych trzech zakresów pozwala na uzyskanie kompleksowej wiedzy o strukturze badanego materiału. W praktyce inżynierskiej często wystarczy ograniczyć się do badań makro- i mikrostruktury. 4.1. Badania metalograficzne makroskopowe Badania makroskopowe polegają na obserwacji: 1.. naturalnych powierzchni badanych przedmiotów, 2. przełomów, 3.. zgładów (nietrawionych lub trawionych do obserwacji makroskopowej). Obserwacji dokonuje się okiem nieuzbrojonym lub z wykorzystaniem lupy, mikroskopu stereoskopowego lub elektronowego mikroskopu skaningowego. Zakres stosowanych powiększeń jest zależny przede wszystkim od wymiarów badanych elementów i wyboru tych cech struktury, które należy dokładniej przeanalizować. Zwykle stosuje się powiększenia do 40 x (rys. 4.1). Obserwacja naturalnych powierzchni pozwala ujawnić ślady oddziaływania środowiska (zgorzelina, produkty korozji), deformacje, istotne zmiany wymiarów, pęknięcia i inne objawy związane z eksploatacją badanego elementu. Badania makroskopowe zgładów trawionych pozwalają na: + ujawnienie niejednorodności składu chemicznego (np. segregacja dendrytyczna), - ujawnienie wad spowodowanych obróbką mechaniczną, spawaniem lub zgrzewaniem (rys. 4.2, 4.3), - określenie rozkładu i (ewentualnie) rodzaju wtrąceń niemetalicznych, -_ wybór miejsca pobrania próbek do dalszych badań. 4.1.1. Preparatyka Przygotowanie preparatu do badań makroskopowych w postaci zgładu polega na szlifowaniu na papierach lub płótnach ściernych i trawieniu. Stosuje się zwykle papiery ścierne o gradacji 120 — 240. Jeśli jednak zachodzi potrzeba ujawnienia trudniej zauważalnych szczegółów badanej powierzchni (np. mikropęknięcia) wówczas należy zastosować papiery o gradacji 500 — 600. Następnie tak przygotowany zgład podlega trawieniu, dokładnemu przemyciu i wysuszeniu w strumieniu powietrza. Składy trzech najczęściej stosowanych odczynników podano w tabl. 4.1. 38 Rys. 4.1. Makrofotografia przełomu próbki Rys. 4.2. Makrofotografia przekroju wzdłużnego po próbie rozciągania. Mikroskop skaningowy śruby z odkutym łbem. Pow. 0,7x Pow. 10x Rys. 4.3. Makrofotografia złącza spawanego. Pow. 1,5x Tabl. 4.1. Podstawowe odczynniki do badania makrostruktury stali Odczynnik Skład chemiczny Warunki trawienia | Zastosowanie Oberhoffera _ |10 g chlorku miedziowego |20€ Ujawnia segregację fosforu i 0,5 g chlorku żelazowego |do 1 min strukturę pierwotną. Obszary 500 ml alkoholu etylowego zawierające więcej fosforu 50 ml kwasu solnego ciemnieją 500 ml wody Nital 5 ml kwasu azotowego 20-€ Ujawnia efekt nawęglania lub 100 mil alkoholu etylowego | kilka minut odwęglania oraz segregacje węglików po obróbce cieplnej. Roztwór 100 ml kwasu solnego 50-70*€ Ujawnia wady i przebieg kwasu solnego | 100 ml wody do 3 godz. włókien w stalach niskowęglowych oraz grubość warstwy zahartowanej Badania makroskopowe przełomów (fraktografia) próbek po badaniach mechanicznych i próbach technologicznych oraz elementów maszyn i konstrukcji zniszczonych wskutek awarii umożliwiają wstępną, jakościową ocenę materiału. Silnie rozwinięta powierzchnia przełomu przebiega zwykle przez miejsca najbardziej osłabione. Ujawniane są przy tym takie wady materiału, jak: jamy skurczowe, wtrącenia niemetaliczne. W szczególności badania 39 
