Лабораторная работа № 2 макроструктурный анализ металлов и сплавов

Цель работы: ознакомление с методикой проведения макроструктурного анализа; приобретение практических навыков изучения металлических поверхностей, изломов и макрошлифов.

Оборудование и материалы: шлифовально-полировальный станок, лупа, коллекция макрошлифов, изломов, сварных швов, реактивы для их травления; образцы для приготовления макрошлифов.

Задания: 1. Ознакомиться с методикой проведения макроструктурного анализа, а также со способами приготовления и травления макрошлифов. 2. Изучить коллекцию изломов, макрошлифов и сварных швов. 3. Изучить основные дефекты, наблюдаемые в металле. 4. Выяснить причины возникновения дефектов и меры по их предотвращению или устранению. 5. Подготовить отчет по работе.

Общие сведения

Макроструктурой называют структуру или особенности строения металлов и сплавов, которые можно наблюдать либо невооруженным глазом, либо при небольших увеличениях (5‑50 раз).

Макроскопическому исследованию могут быть подвергнуты различного рода объекты.

Основные из них:

1) поверхность неразрушенного изделия;

2) изломы;

3) макрошлифы нетравленые или с выявленной специальными реактивами структурой.

На поверхности могут быть обнаружены дефекты металлургического происхождения, иногда на поверхности слитка или полуфабриката выявляется его макростроение. Чаще поверхность осматривают для обнаружения и характеристики, образующихся при изготовлении или эксплуатации изделия трещин других несплошностей. Обнаружение и анализ трещин является предметом дефектоскопии.

Еще Д. К. Чернов использовал макроструктурный анализ для определения пузырей, пористости и ликвации в стальных слитках. По макроструктуре он судил также о результатах закалки стали.

Исследование макроструктуры стало широко распространенным методом заводского контроля.

В настоящее время макроструктурный анализ широко применяется при изучении процессов выплавки металлов и сплавов, обработки их давлением, исследовании разрушений деталей и конструкций.

Исследование поверхностей разрушений особенно важно как способ обнаружения дефектов с целью изучения и установления причин разрушения. Его возможности связаны с тем, что трещина выявляет наиболее слабые места конструкции, поскольку именно они определяют траекторию ее движения.

Наиболее опасным является хрупкое разрушение, которое влияло на жизнь людей с самих истоков человеческого существования. Доисторический человек использовал хрупкое разрушение для придания формы каменным орудиям труда; он ощущал на себе его менее благотворные последствия в случае перелома конечностей. Добыча камня, придание ему формы, подгонка камней в строительных сооружениях, т. е. все существенные процессы древнего строительства, так же как и искусство ваяния, всецело зависят от умения управлять хрупким разрушением. И в наши дни многие процессы в промышленности и строительстве, например, обработка материалов, связаны на определенном этапе с хрупким разрушением.

Однако происхождение большинства исследований связано с менее благоприятными проявлениями хрупкого разрушения, главным образом с внезапным катастрофическим выходом из строя конструкций в результате неожиданного хрупкого разрушения их составных частей. История техники, начиная с середины девятнадцатого столетия и даже несколько более раннего времени, изобилует подобными примерами. Например, в течении второй половины девятнадцатого и первой четверти двадцатого столетий в США было зарегистрировано огромное количество случаев разрушений, связанных с мостовыми конструкциями, нефтепроводами, газгольдерами, водопроводными магистралями, водными резервуарами, оружием малого и большого калибров, рельсовыми путями и прочим железнодорожным оборудованием, а также многими другими подобными конструкциями, находившимися под действием как активных, так и пассивных нагрузок.

Эти события вызвали ряд отдельных исследований, которые доставили некоторые эмпирические сведения о «кристаллизации», «грануляции» и «усталости».

В зависимости от реальных условий эксплуатации – качества материала деталей конструкций, наличия поверхностных и внутренних дефектов, характера действующих напряжений – σ_экспл, вибраций, рабочей температуры детали могут разрушаться при напряжениях значительно меньших, чем предел их прочности σ_в (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Характеристика прочности материалов с учетом реальных

условий их эксплуатации

Материал	Характеристика предельного состояния материала	σэкспл / σв
Углеродистые стали	Предел прочности	1,0
	Предел текучести	0,5‑0,9
	Предел выносливости на базе 10^7 циклов гладких образцов	0,3‑0,7
	С концентрацией напряжений	0,2‑0,5
	При наличии мелких поверхностных трещин	0,1‑0,3
	В условиях фреттинг-коррозии	0,2‑0,4
Жаропрочные сплавы	Предел длительности прочности на базе 10 ч	0,3‑0,7
	Сопротивление термической усталости на базе 10^4 циклов	0,3‑0,5