Металлографический анализ

В процессе производства металла (выплавки, разливки в слитки, горячей и холодной деформации, механической обработки, сварки, термической обработки) формируется структура, но одновременно возникают и частично «залечиваются» дефекты металлургического производства. Металлографический анализ предусматривает выявление дефектов, особенностей структуры и, как следствие, прогнозирование поведения металлов в эксплуатационных условиях.

Дефект – каждое отдельное несовершенство продукции или несоответствие требованиям, установленным нормативной документацией.

Для оценки соответствия материала детали надлежащему качеству или отдельно взятого сварного соединения используются разнообразные методы макро и микроанализа.

Термин «макроисследование» объединяет методы и способы контроля качества материала (детали, узла) невооруженным глазом или с помощью лупы. Понятие «микроисследование» связывает способы анализа микроструктуры материала с помощью оптического микроскопа.В совокупности обе названные группы методов составляют сущность металлографического анализа.

Макроскопическое исследование

Итак, макроскопическое исследование объединяет методы визуального выявления поверхностных и внутренних дефектов материала детали и сравнительно грубых элементов его структуры. Оно может быть без разрушения детали или с разрушением для приготовления макрошлифа, либо в форме визуального внешнего осмотра, либо только после обработки анализируемой поверхности соответствующими для того химическими реактивами.

Анализ обычно начинается с тщательного визуального осмотра состояния поверхностей детали (наличие забоин, вмятин, царапин, изношенных участков, раковин, рыхлот, трещин и т.д.) и часто заканчивается получением макроснимка.

По поверхности излома, например аварийной детали, можно судить о степени однородности ее материала, установить, хрупок он или пластичен, как произошло разрушение – по границам (межкристаллитное) или по телу зерен (транскристаллитное). Поверхность излома у хрупкого металла кристаллична. По ее плоскостям скола отдельных зерен можно определить размеры и форму зерен. Поверхность излома пластичного материала характерна волокнистым строением (вязкий излом). Здесь форма зерен настолько искажена пластической деформацией, что установить, грубо – или мелкозернист анализируемый металл, практически не удается.

При упругопластической деформации под действием внешней силы необратимо изменяются форма и размеры изготовленной из металла детали или испытуемого образца. Во время этой деформации, которую обычно называют пластической, зерна металла под действием силы Pрасслаиваются на пачки скольжения. Образующиеся пачки смещаются друг относительно друга, что приводит к вытягиванию зерен в волокна (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема пластической деформации отдельного зерна металла

В волокнистой структуре металла между волокнами располагаются различные разделяющие волокна включения. Его прочность на разрыв вдоль волокон оказывается выше, чем поперек.

Образованию и перемещению пачек скольжения в зернах предшествует лавинообразный процесс передвижения дислокаций по определенным плоскостям – системам скольжения в кристаллической решетке.

У серого чугуна поверхность излома темно-серого цвета (черный излом) из-за присутствия в его структуре включений графита.

Если поверхность излома слегка окислена и окрашена в цвета побежалости (цвет определяется химическим составом и толщиной окисной пленки), разрушение либо сопровождалось окислением, либо началось с трещины, образовавшейся после термической обработки детали.

Сильно окисленная поверхность излома может быть у деталей, работающих при высоких температурах (горячий излом).

Под действием знакопеременных нагрузок возможно возникновение усталостного излома (рис. 2.3). Он состоит из очага разрушения 1 (места образования микротрещин) и двух зон – усталости 2 и долома 3. Очаг разрушения примыкает к поверхности и имеет небольшие размеры. Зону усталости формирует последовательное развитие трещины усталости. В этой зоне видны характерные бороздки, которые имеют конфигурацию колец, что свидетельствует о скачкообразном продвижении трещины усталости. Последнюю стадию разрушения характеризует зона долома.

	Усталостный излом

Рис. 2.3. Примеры изломов