Металографічні методи дослідження металів

Учебное пособие

(курс лекций)

Редактор: Калашникова Е. Н.

Дендритна кристалізація і будова зливка

Характерним для дендритної кристалізації є те, що зародки ростуть з нерівномірною швидкістю і переважно у напрямках інтенсивного тепловідбору, де швидкість росту максимальна. У цих напрямках формується вісь (або гілка) першого порядку — стовбур майбутнього дендритного кристалу. Подальше збільшення розмірів осі першого порядку відбувається не лише за довжиною, а й за перерізом зростаючого кристалу. Внаслідок цього вісь завтовшки більша в основі та менша біля вістря. З часом від осей першого порядку під певним кутом починають рости нові гілки — осі другого, третього, четвертого та інших порядків. Зі зростанням гілок високих порядків заповнюються всі проміжки, які займає рідкий метал. Внаслідок нерівномірної кристалізації зерен дендритної форми у різних місцях дендрита хімічний склад неоднаковий. Таку неодно­рідність складу в межах одного дендритного кристалу називають дендритною ліквацією.

За виробничих умов при охолодженні великих мас металу у фор­мах (виливницях) тверднення не може відбуватися водночас по всьому об'єму зливка. Воно починається у зонах найбільшого відведення тепла (стінки і дно виливниці) і розповсюджується до середини форми. Різний ступінь переохолодження металу в об'ємі зливка, наявність домішок, температурно-часові параметри криста­лізації та охолодження металу зумовлюють неоднорідність макро­структури, форми і розмірів зерен, хімічного складу, наявність макро- і мікронесуцільностей у металі зливка.

Металографічні методи дослідження металів

Макроструктурний аналіз.

Макроаналіз полягає у визначенні будови металу шляхом перегляду його зламу або спеціально підготовленої поверхні неозброєним оком або через лупу при невеликих збільшеннях - до 30 разів. Це дозволяє спостерігати одночасно велику поверхню і отримати уявлення про загальну будову металу і про наявність у ньому певних дефектів.

На відміну від мікроскопічного дослідження (див. нижче «Мікроскопічний аналіз») макроскопічний аналіз не визначає подробиць будови і часто є попередніми, але не остаточним видом дослідження. Характеризуючи багато особливостей будови, макроаналіз дозволяє вибрати ті ділянки, які вимагають подальшого мікроскопічного дослідження. З допомогою макроаналізу можна визначити:

1. Порушення суцільності металу: усадочную рихлість, газові бульбашки і раковини, порожнечі, що утворилися в литому металі, тріщини, що виникли при гарячої механічної або термічної обробки, флокени, дефекти зварювання (у вигляді непровара, газових бульбашок, порожнеч);

2. Дендритна будова і зону транскристаллизации в литому металі;

3.Хімічну неоднорідність сплаву (ликвацию);

4. Неоднорідність будови сплаву, викликану обробкою тиском: полосчатость, а також лінії ковзання (зрушень) у наклепанном металі;

5. Неоднорідність, створену термічної або хіміко-термічною обробкою.

Мікроскопічний аналіз.

Мікроскопічний аналіз металів полягає в дослідженні їхньої структури з допомогою оптичного мікроскопа (використовує звичайне біле або ультрафіолетове випромінювання) і електронного мікроскопа.

При мікроаналізі однофазних сплавів (зазвичай твердих розчинів) і чистих металів можна визначати величину зерен і відзначити існування дендритної будови.

У багатофазних сплавах з допомогою мікроаналізу можна визначити не тільки кількість, форму і розміри включень окремих фаз, але і їх взаємне розташування.

Користуючись методами мікроаналізу, можна також оцінити властивості ряду багатофазних сплавів, зокрема, чавуну, для якого існують спеціальні шкали, класифікують за формою і кількістю графіт і фосфидную евтектики.

З допомогою мікроаналізу можна визначити структуру сплаву не тільки в рівноважному, але і в стані рівноваги, що в ряді випадків дозволяє встановити попередню обробку сплаву.