1. Макроструктурный анализ

Исследование строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при небольших увеличениях (до 50 раз) с помощью лупы или стереомикроскопа называется макроструктурным анализом (макроанализом), а определяемое им строение ‑ макроструктурой.

Макроанализом устанавливают общее строение, поверхностные и внутренние дефекты металла после различных видов обработки (литья, давления, сварки, термической и химико-термической), а также разрушений, в том числе:

а) нарушения сплошности (подусадочную рыхлость, центральную пористоть, свищи, подкорковые пузыри; трещины, возникшие при кристаллизации и обработке давлением, шлифованием или термообработке; флокены; дефекты сварки);

б) дендритное строение (зону транскристаллизации, размеры и ориентацию зерен), химическую неоднородность (ликвацию и грубые инородные включения в литом металле);

в) волокнистую структуру деформированного металла;

г) прокаливаемость, структурную и химическую неоднородность после термической, термомеханической и химико-термической обработки;

д) вид излома: вязкий, хрупкий, шиферный, нафталинистый, камневидный, черный, смешанный, усталостный.

Макроанализ сравнительно прост, широко используется на практике и состоит в осмотре внешних поверхностей изделий, изломов и макрошлифов и их изучении с помощью лупы или стереомикроскопа.

1.1. Исследование металлических поверхностей

Внешним осмотром поверхности слитков, проката, поковок и деталей можно обнаружить трещины, отслаивания (плены), газовую шероховатость, утяжины и другие поверхностные дефекты и повреждения.

Горячие кристаллизационные трещины – разрывы или надрывы тела отливки усадочного происхождения, широкие на поверхности и сужающиеся вглубь – проходят по границам кристаллов и имеют извилистую окисленную поверхность, на которой иногда видны дендриты. Возникают горячие трещины в интервале температур затвердевания (кристаллизации) вследствие растягивающих напряжений, превышающих прочность наружных слоев отливки.

Трещины напряжения – дефект в виде направленных вглубь металла, часто под прямым углом к поверхности, трещин, образовавшихся вследствие объемных изменений, обусловленных структурными превращениями или нагревом и охлаждением (рис. 2.1).

а б

Рис. 2.1 Схема трещин напряжения на прутках стали:

а – единичная трещина; б – прерывистая продольная трещина

Образуются как в слитках, так и в деформированном металле при его переделах, но наиболее часто ‑ в процессе термообработки.

Шлифовочные трещины представляют собой сетку паутинообразных или отдельных произвольно направленных поверхностных разрывов небольшой глубины, которые образуются при шлифовании или резке абразивными кругами металла, обладающего высокой твердостью и малой теплопроводностью (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Схема прутка стали с сеткой шлифовочных трещин

Причина возникновения – местный разогрев металла, приводящий к локальному увеличению объема и последующему его уменьшению при охлаждении.

Трещины на стальных поковках и заготовках могут явиться следствием загрязнения неметаллическими включениями (например, при высоком содержании серы), а также наличия литейных дефектов (плен, поверхностных повреждений) на их поверхностях. Повышенное содержание серы способствует трещинообразованию, так как снижает пластичность стали.

Газовая шероховатость – дефект в виде сферообразных углублений на поверхности отливки, возникающих из-за выделения избытка газов при кристаллизации и роста газовых раковин на поверхности раздела металл-форма.

Поверхностные повреждения – это искажения поверхности, появляющиеся при выбивке отливки из формы, очистке и транспортировании.

Утяжина представляет собой углубление с закругленными краями на поверхности отливки, образуемое вследствие усадки металла при затвердевании.

Плена – дефект в виде самостоятельного включения или окисного слоя на поверхности отливки, возникающего при недостаточно спокойной заливке. При горячей деформации плена вытягивается и имеет вид языкообразного отслоения или разрыва, называемого слиточной пленой.

Рванины представляют собой раскрытые разрывы, расположенные перпендикулярно или под углом к направлению наибольшей вытяжки металла; образуются при горячей деформации из-за пониженной пластичности металла (рис. 2.3). Деформация (раскатка, ковка) заготовок с рванинами приводит к возникновению на поверхности групповых дефектов, называемых прокатными пленами, ‑ отслоений металла языкообразной формы, соединенных с основным металлом (рис. 2.4). Нижняя поверхность плены и металл под ней покрыты окалиной.

Рис. 2.3 Схема рванин на прутке стали

Рис. 2.4 Схема прокатных плен на прутке