Металлография, как метод исследования металла, и ее основные этапы

Металлографические исследования – это комплекс испытаний и аналитических мероприятий, направленный на исследование закономерностей образования структуры и зависимостей влияния структуры на механические, электрические и другие свойства металла (сплава).

Что такое металлографический анализ

Металлографические исследования должны не только определить физико-химические свойства металлического образца, но и описать такие эксплуатационные характеристики его материала, как твердость, пластичность, прочностные параметры, коррозионная стойкость и пр. Методы металлографии позволяют получить все эти характеристики путем изучения состава и структуры отполированных образцов металла под микроскопом при большом увеличении.

В случае неразрушающего контроля металлографические исследования проводят непосредственно на изделии, для чего применяют портативное оптическое оборудование. При разрушающем контроле из анализируемого участка детали или заготовки вырезают образцы, из которых затем изготавливают металлографические шлифы — тонкие пластинки с идеально отполированной поверхностью.

Чаще всего металлографию применяют при исследовании образцов из стали и чугуна, что связано с особенностями физической и металлургической структуры этих материалов. Еще одна область, где широко используется металлография, — это анализ специальных сплавов из цветных металлов: титана, тантала, циркония и пр. Кроме того, без металлографических исследований не обходится ни одна экспертиза трубопроводов и металлоконструкций, получивших повреждения в результате аварий и катастроф.

Принято различать:

  • макроструктуру;
  • микроструктуру.

Так, макроструктура подразумевает строение металлов, сплавов, видимое невооруженным глазом либо при помощи небольшого увеличения под микроскопом не более чем в 40 раз. Микроструктура же представляет собой строение, видимое с помощью металлографического микроскопа. Эту разновидность структуры металлов и сплавов изучают двумя способами:

  • по излому образца. По нему устанавливают крупность зерна, а также взаимное расположение дендритов. Чаще всего, чем крупнее зерно, тем будут ниже механические свойства металлов и сплавов;
  • на макрошлифах. Это специальные образцы, изготавливаемые определенным образом. Так, из крупной поковки заготовки либо слитка вырезается образец в виде пластины, одну из плоскостей которой шлифуют и полируют на станках. Далее отполированная поверхность подвергается травлению специальными реактивами, по-разному вступающими в химическое взаимодействие с каждой структурной составляющей металла или сплава.

Оборудование, материаловедение, механика и …

Статьи Чертежи Таблицы О сайте Реклама

О структуре металлов я сплавов будет говориться на протяжении всей книги. В этой главе рассмотрим, как производится изучение структуры металлов. Для изучения структуры существует четыре основных способа изучение излома, макроанализ, микроанализ, рентгеноструктурный а н а л из. [c.44]

Описанные кратко, а также и многие другие способы изучения структуры металлов, здесь не упомянутые, широко применяются в научных исследованиях технических испытаниях и т. д. На каждом крупном металлургическом и машиностроительном заводе (не говоря о лабораториях научно-исследовательских институтов и высших учебных заведений) имеются металлографические, а нередко и рентгенографические и физические лаборатории, оснащенные новейшим оборудованием. [c.42]

Перспективный способ изучения структуры металла — спектральное исследование донного сигнала. Изучение изменения спектра широкополосного импульса в результате разного затухания различных частотных составляющих дает значительно большую информацию о структуре, чем контроль на одной частоте. [c.420]

Макроскопический анализ. Этот способ заключается в изучении строения металла невооруженным глазом или при увеличении (через лупу) до 30 крат. При таком анализе можно исследовать большую поверхность детали (заготовки). Чаш,е всего макроанализ является предварительным исследованием структуры металла. Он отличается простотой и доступностью, не требует значительных средств и времени. Этим способом пользуются для выявления пористости металла, ликвации (неоднородности отдельных участков поверхности по химическому составу, структуре, неметаллическим и газовым включениям), пузырей, трещин, послойной кристаллизации, остатков усадочной раковины, рыхлоты, расслоения, обезуглероживания и науглероживания поверхности, свищей (газовых пузырей), флокенов (беспорядочно ориентированных трещин), инородных металлических и шлаковых включений, раскатанных трещин, рванин, чешуйчатости, морщин, остатков окалины, шлифовочных трещин, направления волокон при обработке давлением и т. д. Наиболее простой и быстрый способ изучения структуры металлов — рассмотрение изломов. По излому стали, например, можно обнаружить перегрев, так как в этом случае излом будет крупнозернистым (на изломе бу- [c.39]

Радиографический анализ. Этот способ начал развиваться с появлением искусственных радиоактивных изотопов. Чаще всего его применяют как авторадиографический. Для изучения распределения какого-либо химического элемента в структуре металла в него вводят радиоактивный изотоп этого элемента. Приготавливают макро- или микрошлиф, на который накладывают пластинку или бумагу со специальной эмульсией, чувствительной к излучению радиоактивного изотопа. В местах скопления изотопа эмульсия засвечивается. После фотообработки изучают распределение химического элемента в структуре металла, как в макро-, так и в микромасштабах. При этом удается установить не только качественные, но и количественные характеристики. [c.46]

Одним из основных способов изучения структуры металлов является исследование при помощи микроскопа. [c.19]

Какое значение имеет изучение структуры металлов Какими способами изучения структуры пользуются в технике  [c.28]

Впервые наука о термической обработке возникла в прошлом веке в России. Первым, кто научно подошел к процессам термической обработки, был Павел Петрович Аносов. Он был начальником Златоустовских заводов на Урале и много, упорно и успешно работал над изучением способов получения высококачественной стали. Первым в мире он применил для исследования строения стали микроскоп и показал, какую огромную роль имеет изучение структуры металлов для правильного и безошибочного овладения процессами термической обработки. [c.4]

СТРУКТУРА МЕТАЛЛОВ И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ [c.44]

Структура металлов и способы ее изучения [c.47]

М а к р о а н а л из — изучение структуры металла невооруженным глазом или при помощи увеличительного стекла, дающего увеличение от 3 до 10 раз. Таким способом структуру металла можно рассматривать в изломе, на поверхности детали или на шлифе —специальном образце. [c.16]

Макроанализ — изучение структуры металла невооруженным глазом или при помощи увеличительного стекла, дающего увеличение от 3 до 10 раз. Таким способом структуру ме- [c.13]

При изучении кристаллической структуры и способа упаковки важно установить объем, занимаемый атомами или ионами твердого тела. Рассматривая ионы в галогенидах щелочных металлов в виде жестких сфер, можно приписать ионный радиус каждому из ионов, а межионные расстояния в кристаллах в свою очередь выразить в виде простой суммы соответствующих ионных радиусов. Полинг [c.22]

В настоящее время, насколько нам известно, отсутствует классификация методик исследования покрытий и материалов с покрытиями. В отдельных монографиях на различном методическом уровне рассматриваются способы оценки свойств собственно покрытий (пористость, прочность соединения с основным металлом, защитные свойства, износостойкость и др.). Однако вопрос влияния покрытий на конструктивную прочность изделия в целом значительно сложнее, чем представляется некоторым авторам, и не может быть решен простым исследованием структуры и свойств только покрытий. По-видимому, композицию основной металл — покрытие следует рассматривать как единое целое. Очевидна необходимость комплексного, всестороннего изучения данной композиции с привлечением современных средств оценки конструктивной прочности, таких как статические, динамические и усталостные испытания, а также испытания на трещиностойкость. Методы испытаний материалов с покрытиями разработаны значительно меньше, чем способы оценки свойств собственно покрытий. В предлагаемой нами классификации методик исследования структуры и физико-механических свойств (рис. 2.1) выделено два крупных раздела испытание покрытий и испытание материалов с покрытиями. [c.13]

Что касается материалов с покрытиями, то особый интерес методика вызывает потому, что она дает возможность изучения дислокационных изменений в структуре материала при механическом нагружении, которые в настоящее время исследовать иными способами на таких объектах не представляется возможным. Метод внутреннего трения позволяет так ке установить характер влияния покрытия на кинетику дислокаций в приповерхностных слоях основного металла и прогнозировать долговечность, прочность и жаропрочность конструкционных металлов и сплавов с покрытиями [25]. [c.184]

Наклеп металлов в процессе пластической деформации с точки зрения отдельных дислокаций пока не исследован. Многие из современных дислокационных теорий не дают ясного представления о том, например, связано ли упрочнение при пластической деформации в основном с взаимодействием дислокаций или же с нарушениями, которые остаются в плоскостях скольжения на месте передвижения дислокаций. Несмотря на то, что имеющиеся данные по изучению свойств пластически деформированных металлов и сплавов пока не позволяют достаточно полно представить физическую картину процесса упрочнения, все же, по-видимому, относительная роль показателей тонкой кристаллической структуры в процессе упрочнения изменяется в зависимости от способа и стадии упрочнения, а также от свойств материала. [c.112]

Во втором издании (первое-в 1979 г.) изложены методики для изучения и выявления структур различных металлов и сплавов способами металлографического травления. Рассмотрены составы реактивов и описана технология травления. Приведены типичные макро- и микроструктуры металлов и сплавов. [c.223]

Большое значение имеют труды Н. С. Курнакова об образовании сплавов и возможности получения нужных свойств, о способах физико-химического исследования металлов и сплавов, о зависимости между структурой и свойствами сплавов. Многие работы Н. С. Курнакова положены в основу изучения металлов и применяются в современных металлографических лабораториях. [c.6]

Применяя микроскопический метод, изготовляют шлиф поперечного разреза изделия и измеряют на нем толщину покрытия при большом увеличении под микроскопом. Метод применяется в лабораторных условиях и рекомендуется для проверки толщины покрытия, полученной струйным и магнитным способом, а также для изучения структуры многослойных покрытий. Во избежание отслаивания покрытия во время испытания при шлифовании на него осаждают слой другого металла толщиной 20—30 мкм. Образец сначала подвергают шлифованию, полированию и травлению. [c.276]

При изучении способов повышения износостойкости существенное значение имеет использование комплексного метода исследования, при котором результаты испытаний на трение и износ, служащие критерием эффективности изучаемого способа, сопоставляются с данными, характеризующими состав и структуру поверхностных слоев металла. Такое сопоставление позволяет определить, какие именно изменения в поверхностных слоях металла дают наилучший эффект в части повышения износостойкости, что является необходимым условием правильного выбора и разработки методов борьбы с износом в машинах. [c.168]

Р е н т ге и о а н а л и 3 — это изучение структуры и состава металла при помощи рентгеновских лучей. Этим способом можно установить тип кристаллической решетки металла. В этом случае анализ называется рентгено-структурным. Рентгеновские лучи способны хорошо проникать через многие непрозрачные тела. Например, они свободно проникают через слой алюминия толщиной 5—10 см. Свинец для рентгеновских лучей представляет большое препятствие. Слой свинца в 1 см. почти полностью задерживает их. [c.15]

Все технические металлы и их сплавы состоят из множества кристаллических зерен, хорошо различимых невооруженным глазом в изломе металла. Следовательно, простейшим, и при этом довольно ценным, способом ивучения строения металла является исследование излома невооруженны1М глазом или с помощью лупы. Этот широко распространенный на практике прием был известен задолго до возникновения металловедения как науки. Однако исследование излома — это только первый шаг в изучении структуры металла. [c.10]

Изучение излома — наиболее элементарный способ изучения структуры. Надпилив кусок металла ножов кой и сломав его, мы получим свежий излом, а только свежие изломы и следует рассматривать изломы быстро пачкаются, окисляются и структура излома становится неотчетливой. В изломе можно увидеть мелкие блестки. Это — сколы отдельных зерен, составляющих структуру металла. Зерна могут быть настолько мелки, что мы не увидим блесток. Излом покажется однородным (у стали — светло-серым), фарфоровидным. Мо кет быть наоборот — блестки отчетливо видны [c.44]

Вместе с тем непосредственное изучение структуры даже очень тонкого металлического предмета путем просвечивания не представляется возможным. Однако это затруднение было прео/.олено введением способа изготовления прозрачных реплик (или слепков) с поверхности микрошлифа, отображающих характер этой поверхности, а следовательно, и структуры металла и пропускающих элеетронные лучи. [c.100]

В прошлом структуру металлов определяли только одним способом — рассмотрением излома металла невооруженным глазом. В дальнейшем наука дала в руки проиаводственников более совершенные методы изучения структуры металлов при помощи точных приборов. В настоящее время существует целый ряд методов изучения структуры и контроля качества металлов. Ниже мы рассмотрим только наиболее распространенные. [c.13]

Перспективный способ изучения структуры металла состоит в исследовании спектрального состава донпого сигнала. Изменение спектра широкополосного импульса в результате разного затухания различных частотных составляющих дает значительно большую информацию о структуре, чем контроль на одной частоте. Предложен способ контроля средней величины зерна [7] по структурной реверберации, поскольку, как отмечено в 1.2, рассеяние на зернах — основная причина затухания ультразвука в металлах. [c.259]

Рассмотренные до сих нор теории пластичности основывались на гипотезах формального характера реальная структура поли-кристаллического материала и хорошо известная картина пластического деформирования кристаллических зерен при этом совершенно не принимались во внимание. Такой подход имеет свои преимуп] ества и недостатки. С одной стороны, обилие законы пластичности, сформулированные для нроизвольного тела безотносительно к его физической природе, позволяют охватить единообразным способом широкий круг явлений — пластичность металлов, предельное равновесие грунтов, хрупкое разрушение горных пород и бетона и так далее. Такая общность чрезвычайно подкупает действительно, экспериментатор с удивлением обнаруживает, что макроскопическое поведение тел самой разнообразной физической природы оказывается поразительным образом сходным. Оказывается, что это поведение егце более поразительным образом может быть приблизительно хорошо описано при помощи уравнений, полученных из некоторых априорных гипотез достаточно формального характера. Но при более детальном изучении опытных данных оказывается, что при внешнем глобальном сходстве обнаруживаются и различия в поведении разных материалов. Эти различия связаны с тем, что микромеханизмы не только неунругой, но даже упругой деформации не одинаковы. Поэтому естественно стремление к тому, чтобы положить в основу теории пластичности некоторые физические представления о протекании пластической деформации. Нужно признать, что мы еш е далеки от возможности построения макроскопической теории, основанной на анализе и описании процессов, происходящих на микроуровне. Теория скольжения Батдорфа и Будянского, которая будет схематически изложена ниже, отнюдь не может быть названа физической теорией. Однако положенные в ее основу гипотезы в определенной мере отражают процессы, происходящие внутри отдельных кристаллических зерен, хотя и не воспроизводят их точным и полным образом. Пластическая деформация единичного кристалла происходит за счет сдвига в определенной кристаллографической плоскости в определенном нанравлении. Совокупность плоскости скольжения и направления скольжения в этой плоскости называется системой скольжения. Система скольжения задается парой ортогональных еди- [c.558]

Ранее считалось, что соединение покрытия с основным металлом при большинстве способов напыления происходит за счет механических связей [61], что предварительная подготовка поверхности, в частности пескоструйная обработка, приводяш,ая к повышению шероховатости, способствует усилению механических связей за счет заклинивания деформированных напыленных частиц в рельефе основного металла. В настоящее время полагают, что наряду с лгехани-ческим взаимодействием прочность соединения определяется установленными при напылении химическими связами п силами Ван-дер-Ваальса. Последние, однако, играют весьма малую роль в повышении прочности соединения. Что касается химического взаимодействия, то его значение может быть определяющим. При детонационном напылении высокую прочность соединения покрытия А120д с ниобием авторы [15] объясняют химическим взаимодействием частиц напыляемого материала и основного металла. Высокая прочность соединения наблюдается при нанесении тугоплавких покрытий на металлы с более низкой температурой плавления. При этом происходит перемешивание двух различных по химическому составу и свой-, ствам материалов, и достигается высокая прочность соединения покрытия с основным металлом. Предварительная пескоструйная обработка необходима не только для создания на поверхности металла нужного рельефа, но и для увеличения контактной площади и дополнительной активации цоверхности [15]. Выявление причин, определяющих уровень прочности соединения, будет, вероятно, основываться на систематических и глубоких исследованиях границы покрытие — основной металл с. привлечением современных методов изучения структуры. [c.56]

При исследовании процессов затвердевания отливок и образования структур литого материала, а также процессов образования в отливках усадочных раковин, рыхлоты, усадочной и газовой пористости, химической неоднородности, неслитин, и т. п., т. е. процессов, сущность которых определяется свойствами и природой конкретных сплавов, литейная форма может раосматриваться как окружающая отливку среда, обладающая той или иной способностью отводить теплоту. Главной задачей в этом исследовании должно быть изучение законов затвердевания отливок, кинетики кристаллизации конкретных сплавов и выяснение склонности их к образованию перечисленных дефектов при различной интенсивности теплового взаимодействия отливки и формы. Цель этого исследования — определение основных параметров рациональной технологии (температуры перегрева расплава в печи, температуры заливки, режимов заполнения формы жидким металлом, режимов вентиляции формы, длительности отдельных этапов охлаждения отливки, температуры формы, материала формы и отдельных ее частей, режимов питания отливки в процессе затвердевания), а также установление требований к ряду литейных свойств сплавов (жидкотекучести, объемной и линейной усадке, склонности к образованию усадочной пористости, ликвационных зон и т. п.) с точки зрения особенностей того или иного способа литья. [c.147]

Для изучения структуры паяемого металла, ( тдельных зон шва или от-дельиы.х фал приходится последовательно применять несколько травите-лей. В табл, 4 приведены составы реактивов и способы химического травления для выявления микроструктуры паяных соединений. [c.311]

Основная цель книги — обсуждение эффектов нанокристал-лического состояния, наблюдаемых на свойствах металлов и соединений. Структура и дисперсность (распределение зерен по размерам), а следовательно, и свойства наноматериалов зависят от способа их получения, поэтому в первой и второй главах книги кратко рассмотрены основные методы получения нанокрис-таллических порошков и компактных нанокристаллических материалов. Заметим, что существенный прогресс в изучении на-нокристаллического состояния твердого тела был достигнут после 1985 года именно благодаря усовершенствованию известных и созданию новых методов получения нанокристаллических материалов. [c.15]

Приведенными схемами, разумеется, далеко не исчерпываются возможности получения сварных соединений аустенитных жаропрочных сталей и сплавов без их расплавления, т. е. диффузионным способом. Испо льзование той или иной из рассмотренных схем, так же, как и любой другой гипотетической схемы диффузионной сварки, зависит от композиции прослойки и свариваемого металла. Выбор композиции прослойки облегчается знанием растворимости элементов, т. е. знанием диаграммы состояния данной системы сплавов. При рассмотрении проблемы горячих трещин в аустенитных швах (см. гл. IV) мы привлекаем равновесные и приведенные (псевдобинарные) диаграммы состояния для понимания поведения данного элемента, его влияния на структуру и горячеломкость аустенитных швов. Вследствие неравновес-ности процессов первичной кристаллизации сварочной ванны при различных способах сварки плавлением использование равновесных диаграмм состояния, естественно, лишь в первом приближении характеризует истинную картину явлений. При диффузионной сварке расплавление переходного слоя происходит быстро, как только в процессе нагрева будет достигнута температура его плавления. Но затвердевание переходного слоя (прослойки, припоя) идет достаточно медленно, чтобы можно было с полным основанием говорить о применимости равновесных диаграмм состояния для изучения закономерностей ПСП. [c.376]

Надо заметить, что в эти годы началось также экспериментальное изучение пластичности и прочности металлических монокристаллов. Как известно, при охлаждении жидкого металла обычно получается тело с поликристаллической структурой. Выращивание металлического монокристалла — дело трудное, и, несмотря на многовековую историю металлургии, первые способы получения монокристаллов типичных металлов были открыты лишь в 1918—1920 гг. Зато это почти сразу было использовано для широкого изучения законов пластической деформации на кристаллографическом уровне . С. Элам, М. Поляни, Э. Шмид и другие физики-металловеды осуществили в двадцатых годах сотни опытов по растяжению и сдвигу монокристаллических образцов за пределами упругости при разной ориентации решетки образца относительно главных осей напряжения. В результате было установлено, что пластическая деформация монокристалла происходит в основном путем взаимной трансляции ( скольжения ) его частей, разделяемых системами одноименных кристаллографических плоскостей, что наименьшим сопротивлением скольжению обладают кристаллографические плоскости и направления с наиболее плотным размещением узлов решетки и ряд других простых по форме фактов, важнейшие из которых выражают так называемые законы Шмида (обзор этих фактов имеется в монографии Э. Шмида и В. Боаса Пластичность кристаллов , 1935 русский перевод М.— Л., 1938). [c.82]

Выявление микроструктуры чугуна произвддится прежде всего рассмотрением шлифа под микроскопом в нетравленном состоянии. Изучение негравлен-ного образца позволяет определить наличие графита и его форму, наличие пор и неметаллических включений. Дальнейшее изучение структуры проводится на травленом образце. Основными способами выявления микроструктуры чугуна являются химическое травление растворами электрохимическое травление с помощью электротока (электролитическое травление) тепловое травление (окрашивание структуры при нагреве в атмосфере воздуха) ионное травление (ионная бомбардировка металла в вакууме) магнитная металлография. [c.42]

Несмотря на больгпое число работ, посвященных изучению диффузионного насыщения поверхности сплавов металлами и металлоидами, появившихся за последние 15—20 лет, большинство из них отражает главным образом технологическую сторону процесса насыщения, уделяя меньшее внимание явлениям, происходящим на поверхности металла в процессе насыщения его элементами. Неоспоримо, что разные способы производства насыщения приводят к различным конечным результатам (глубина насыщения, структура слоя и его свойства). В данной работе предпринята попытка объяснить наблюдаемое различие в структуре и свойствах слоя при применении различных методов насыщения. В табл. 1 приведены результаты исследований диффузионного насыщения армко-железа различными металлами, подтверждающие влияние метода и способа насыщения на фазовый и химический состав диффузионного слоя, а также на его толщину, микротвердость и качество поверхности. [c.16]

Смотреть страницы где упоминается термин Структура металлов и способы ее изучения: [c.168]    [c.90]    [c.5]    [c.86]    [c.404]    [c.231]    Смотреть главы в:

Термист -> Структура металлов и способы ее изучения

ИЗУЧЕНИЕ СИЛ

Изучение структуры металлов

Методы анализа сплавов

Точно определить «на глаз» состав и пропорции составляющих металлического сплава не под силу даже специалисту с многолетним опытом. Конечно, на каждой детали или изделии обычно стоит маркировка с подробным описанием, но в скупку металлов они обычно поступают уже без маркировок. Определять состав сплавов нужно не только скупщикам для оценки, но и работникам промышленной сферы, ювелирам и даже юристам и криминалистам.

Металлическая экспертиза – услуга востребованная. С ее помощью можно выявить «левые» партии оборудования и металлоконструкций, нарушения при производстве, влияющие на качество, скрытые дефекты и фальшивые изделия из драгметаллов. Экспертиза исследует физический и химический состав любого сплава и любого изделия – от ювелирки до арматуры и труб. Существует несколько основных способов анализа: рентгенофлуоресцентный (волнодисперсионный) с помощью спектрометра, оптический эмиссионный и пробирный.

мобильный спектрометр

Рентгенофлуоресцентный анализ проводится при помощи воздействия рентгеновского излучения на металл и исследования флуоресценции. Это наиболее точный и быстрый способ – достаточно нескольких секунд, чтобы атомы материала начали испускать фотоны с энергией, уникальной для каждого компонента. Датчик определяет и наличие металлов в сплаве, и их концентрации, а данные выводит на экран. Самый простой портативный спектрометр может определить более 30 металлов, профессиональные спектрометры – гораздо больше. Одно из важных преимуществ этого способа – сохранение целостности сплава, что невозможно при исследовании с помощью реактивов.

оптический спектрометр

Оптический эмиссионный анализ – относится также к спектральным и производится с помощью технического оборудования. Отличие от рентгенофлуоресцентного в том, здесь используется возбуждение элементов не рентгеновским излучением, а электрическим разрядом или лазером. Для таких способов существуют стандартные образцы, взятые за эталон, которые используются для градуировки прибора.

пробирный камень

Пробирный анализ основан на химических и физических свойствах металлов и используется для определения благородных металлов в сплавах. Определение происходит с помощью пробирного камня, на который наносят черточки иглой с наконечником из эталонного образца и анализируемым сплавом. Пробирный камень — это кремнистый сланец, чаще всего шунгит или черная яшма. Оставленные следы смачивают реактивами и судят о составе по цвету появившихся в результате реакции пятен, а если в сплаве нет драгоценного металла, то оставленный след полностью растворяется. Например, платина оставляет пятна желтого цвета, иридий – коричневого, родий – зеленого, палладий – красного. Пробирные иглы готовят из золота с примесями серебра и металлов платиновой группы. Реактивы берутся в зависимости от того, наличие и качество какого металла нужно определить – для золота это хлорное золото или кислоты, для серебра берутся растворы азотнокислого серебра или двухромовокислого калия, для платины — раствор двухромовокислого или йодистого калия. Для определения платины пробирный камень дополнительно нагревают.

Химический анализ драгоценных сплавов подразумевает использование «царской водки», которая определяет точное наличие золота или платины.

Отдельно стоит сложный способ исследования, который применяется в ядерной промышленности – атомный абсорбционный метод или атомно-абсорбционная спектрометрия. В домашних условиях или на заказ ее провести невозможно, но это самый точный способ определить содержание около 70 элементов. Этим способом пользуются и для определения содержания тяжелых металлов и их соединений в технических растворах и сточных водах, а так же для определения составов природных объектов и для анализа крови на тяжелые металлы.

Скупка золота и скупка радиодеталей, содержащих золото, просто не может обойтись без спектрометра. Наша компания проводит рентгенофлуоресцентный спектральный анализ поступающих в скупку материалов, позволяющий быстро и точно определить их состав и оценить реальную стоимость. Оценка занимает меньше минуты и производится на глазах у клиента.

Методы исследования структуры металлов и сплавов

Механические и технологические свойства металлов и сплавов в значительной степени зависят от их структуры. К методам, изучаю­щим строение металлов и сплавов, относят рентгеноструктурный и металл огр афически й.

Рентгеноструктурным методом исследуют внутреннее строение кристаллических решеток, фазовый состав, величину зерен и т. д., используя специальные образцы (в том числе и горошка). Кроме того, рентгеновский метод (на просвечивание) применяют для контро* ля литых, кованых и сварных деталей, выявления раковин, пустот, пористости, непроваров и т. д. Современные рентгеновские установки позволяют контролировать стальные детали на глубину до 100 мм, сплавы на алюминиевой основе—до 400 мм, сплавы на медной основе— до 60 мм.

Металлографическим методом исследуют макро — и микроструктуру металлов и сплавов. Структуру металла, видимую невооруженным

глазом или при небольших увеличениях (до 30 раз), называют макро­структурой.

Макроскопический анализ позволяет выявить величину, форму и расположение кристаллических зерен в литом металле, направление волокон в деформированном металле, усадочные и газовые раковины, усадочные рыхлости, трещины, химическую неоднородность металла характер его излома и т. д.

Обычно макростроение металла изучают на макрошлифах или по изломам. Макрошлиф представляет собой специально подготов­ленную к исследованию часть детали или заготовки. Поверхность макрошлифа шлифуют наждачной бумагой или на специальном станке. Шлифы подвергают глубокому травлению в различных реактивах.

При микроскопическом исследовании струк­туры металлов используют оптические или электронные микроскопы. Обычно применяют металлографические микроскопы с увеличением 50—3000 раз. Эго позволяет определить микроструктуру металла (величину и форму зерен, структурные составляющие, вид и распре­деление неметаллических включений и др.) на специальных шлифах.

Для этого из изделий вырезают цилиндрики диаметром и высотой 10—15 мм или кубики с ребром около 10 мм. Одну из плоских по­верхностей микрошлифа обрабатывают шлифовальной бумагой, а за­тем полируют на сукне до зеркального блеска. Качество изготовления шлифа проверяют под микроскопом. При этом наблюдают также распределение неметаллических включений (графита, сульфидов, окислов и т. д.).

Для выявления структуры шлиф подвергают травлен ию в слабых спиртовых или водных растворах кислот или щелочей, а также в сме­си различных кислот. В результате травления на поверхности шлифа появляется микрорельеф вследствие неодинаковой травимости струк­турных составляющих, границ зерен и зерен. Этот микрорельеф соз­дает сочетание света и тени при рассмотрении шлифа в микроскоп. Исследование структуры ведется в отраженном свете. Структура, про­травленная в большей степени, оказывается под микроскопом более темной по сравнению с менее протравленной.

Электронный микроскоп дает увеличение до 100 000 раз, что зна­чительно расширяет область применения микроструктурного анализа. В этом микроскопе вместо световых используют электронные лучи, испускаемые вольфрамовой раскаленной спиралью.

В настоящее время разработаны способы микроскопического ис­следования образцов металла в вакууме. В результате стало возмож­ным наблюдение структур металлов и сплавов при повышенных тем­пературах.

Советскими учеными создан ультрафиолетовый микроскоп, поз­воляющий фотографировать микрошлифы в ультрафиолетовой об­ласти спектра, что очень важно для расшифровки строения сложных многофазных сплавов.

§ 4. Физические методы ксследовгния

К физическим относят термический, дилатометрический, электри­ческий, магнитный и другие методы исследования. По изменению тех или других физических свойств сплава можно определять происходя­щие в нем превращения. Например, температуры аллотропических превращений железа можно определить по изменению объема или длины (дилатометрический метод) или электросопро­тивления (электрический метод) при нагреве и охлажде­нии стандартных образцов.

Магнитный метод применяют для исследования превра­щений в сплавах. Этот метод основан на зависимости магнитных свой­ств сплава от структуры или состава. Магнитный метод контроля позволяет также выявлять (главным образом в чугунах и сталях) мелкие трещины, раковины, поры, расположенные близко к поверх­ности, а также качество термической обработки. Существуют кроме того, и другие методы испытаний самих деталей без их разрушения.

Метод радиоактивных изотопов (меченых ато­мов) применяют для изучения процессов диффузии, распределения различных специальных элементов, введенных в сплав, и др. Наблю­дая следы перемещения меченых атомов, можно установить распре­деление различных структурных составляющих сплава.

Глава VIII

Что в результате?

По итогам испытаний каждая структурная составляющая получает определенный оттенок черно-белого цвета. По оттенкам и определяют форму и расположение зерен, дендритов в структуре отливок, волокон либо деформированных зерен в поковках и прокате.Также можно увидеть невидимые невооруженным глазом те дефекты, что возникают при технологической обработке изделия, т.е. трещины, запутавшиеся в металле пузырьки воздуха, газа, те или иные неметаллические включения и химическую неоднородность сплава. К методам исследования структуры металлов и сплавов относят:

  • макроструктурный анализ;
  • фактография;
  • термический анализ;
  • магнитный анализ или магнитная дефектоскопия;
  • люминесцентный метод. Он же люминесцентная дефектоскопия;
  • ультразвук;
  • рентгеновский метод.

Следует отметить, что все металлы и сплавы обладают различными свойствами. Так, используя только лишь один метод исследования, невозможно получить полную информацию о всех его свойствах. Поэтому эксперты всегда используют несколько методов анализа. Благодаря чему специалисты определяют характеристики металла и его пригодность к эксплуатации в различных условиях работы.

Методы исследования структуры металлов.

7>

Макроанализ.Этим методомопределяется макроструктура, т.е. структура металла или сплава, видимая невооруженным глазом или при небольших увеличениях, не превышающих 10-кратных.

При исследовании макроструктуры можно выявить:

а) дефекты слитка: трещины значительной величины, величину и форму усадочных раковин и рыхлостей – газовые пузыри, неметаллические включения;

б) неравномерное распределение отдельных примесей, входящих в состав стали (ликвация);

в) расположение волокна в поковках, прокате и т.д.

Макрошлифы изготовляют следующим образом. Из исследуемого металла или сплава вырезают образец, отшлифовывают одну из поверхностей, а затем травят эту поверхность реактивами (серной, соляной и другими кислотами). Поверхность травленого шлифа рассматривают при небольшом увеличении. Для определения химической неоднородности, т.е. неравномерного распределения в металле серы и фосфора, бромосеребряную фотобумагу смачивают 5-процнетным раствором серной кислоты, просушивают до удаления остатков кислоты и плотно прижимают к отшлифованной поверхности. Места, богатые серой, дадут на бумаге более темные отпечатки.

Микроанализ. Микроанализвыявляет структуру металла или сплава, видимую при большом увеличении – до 3500 раз, а в электронные микроскопы в десятки тысяч раз. Эта структура называется микроструктурой (Рис.12.).

При исследовании микроструктуры можно выявить:

а) наличие неметаллических включений;

б) величину, форму и расположение зерен;

в) отдельные структурные составляющие сплава;

г) различные микродефекты (волосовины, трещины, раковины);

д) качество термической обработки, глубину закалки, цементации, азотирования и др.

для изучения микроструктуры применяют микрошлифы, изготовленные тонким шлифованием и полированием. После полирования шлифы травят. Для травления чугуна и стали, служит 4-процентный раствор азотной кислоты в спирте, для травления алюминиевых сплавов – 0,5 – процентный раствор фтористой кислоты в воде.

а б

Рис.12.Микроструктуры: а – алюминиевой бронзы;

Б – стали.

Рентгеновский анализ.Рентгеновский анализ применяется для следующих видов исследования металлов:

а) структуры кристаллов: формы кристаллической решетки и ее параметров;

б) определение внутренних дефектов.

Рентгеновские лучи имеют очень короткую длину волны, измеряемую в ангстремах (10-8см = 0,0000001см). Поэтому, когда они направлены на кристаллическую решетку испытываемого образца, они отражаются от ее атомов. Отраженные лучи либо усиливают падающие лучи, либо ослабляют их. Усиленные лучи дают темные пятна, на фотопластинке появляется группа пятен, имеющих определенное расположение. По характеру расположения пятен определяют форму кристаллической решетки и ее параметры.

Спектральный анализ. Химический состав металлических сплавов и других веществ можно исследовать по спектру, получающемуся от свечения их в раскаленном состоянии. Когда металлы или сплавы раскалены до состояния газа или пара, они дают характерную для каждого элемента линию спектра.

Термический анализ. Термический анализ основан на том, что в процессе нагревания и охлаждения металлов и сплавов структурные превращения всегда сопровождаются выделением или поглощением тепла. Термический анализ выявляет эти тепловые эффекты, на основании чего строятся кривые охлаждения и таким образом определяются фазовые превращения.

Дефектоскопия металлов и сплавов.Дефектоскопия металлов позволяет выявить внутренние дефекты без нарушения целостности деталей. Существуют магнитная и ультразвуковая дефектоскопия. Магнитный метод применяется для исследования дефектов в ферромагнитных металлах, например в стальных изделиях, никеле и кобальте.

Этим методом выявляются дефекты, на глубине – до 2 мм (непровар шва, трещины, неметаллические включения). Сущность способа состоит в том, что детали, имеющие дефекты, намагничивают, затем на поверхность деталей ферромагнитный порошок, например порошок железа. Дефекты металла обладают низкой магнитопроницаемостью и рассеивают магнитные силовые линии, вследствие чего по краям дефектов образуются магнитные полюсы. Магнитные силовые линии как бы огибают контуры дефектов, замыкаясь в полюсах. Ультразвуковая дефектоскопияпозволяет осуществлять эффективный контроль качества изделий и заготовок из любых металлов на большой глубине и выявлять в них дефекты без разрушения контролируемых изделий. Для контроля металлов применяют ультразвуковые волны с частотой колебаний 2 – 10 млн.

гц. Эти волны возникают при колебании пластинки из кварца или титана бария зажатой между двумя металлическими пластинками, к которым подключен переменный ток, под действием тока пластинки будут колебаться в такт электрическим колебаниям. В результате колебаний создаются звуковые волны, они направляются на поверхность изделия. Эти волны вначале вызывают колебания поверхностных слоев металла, а затем передаются вглубь и проходят через всю толщу металла. Если на пути встретится дефект, интенсивность ультразвука измениться. По изменению интенсивности ультразвука, проходящего через дефектное место, выявляют дефект.

Свойства металлов.

Чтобы судить о том, насколько различные металлы и сплавы пригодны для изготовления деталей машин, необходимо знать какими свойствами они обладают и отвечают ли эти свойства требованиям, предъявляемым к готовым изделиям.

Физические свойства металлов. К физическим свойствам металлов относятся электрические, магнитные, тепловые свойства, а также цвет металлов и плотность (Таблица.1.).

Цвет металлов. По цвету, металлы условно подразделяются на две группы: черные и цветные. Черные – сплавы железа – чугун и сталь, цветные все остальные. Металлы непрозрачны. В отраженном свете металлы имеют внешний блеск, причем каждый металл характеризуется своим особым оттенком этого блеска, или, как говорят, цветом.

Плотность. Плотностью называется количество данного вещества (его масса), содержащаяся в единице объема.

Плавкость. Металлы обладают способностью расплавляться при нагревании и вновь затвердевать при охлаждении. Температура, при которой металл переходит полностью в жидкое состояние, называется температурой плавления. Знание температуры плавления металлов имеет большое значение, особенно в литейном деле, когда производится расплавление металлов и заполнение ими специальных форм, а также при паянии, сварке и других процессах, сопровождающихся плавлением металлов.

Теплопроводность. Теплопроводностью называется способность металлов с различной скоростью проводить тепло при нагревании и охлаждении. Единицей измерения теплопроводности служит количество тепла, распространяющегося по металлу от места нагрева через единицу площади его поперечного сечения в единицу времени при изменении температуры на единицу длинны в один градус.

Тепловое расширение. Тепловое расширение представляет собой свойство металла расширяться при нагревании. Изменение объема и линейных размеров металлов в зависимости от температуры необходимо учитывать во многих практических случаях.

Величина теплового расширения у металлов неодинакова. Чтобы оценить величину изменения длины металла при нагревании или охлаждении, точными приборами определяют изменение длины образца из данного металла и вычисляют, какое удлинение приходится на 1 мм длины при изменении температуры на 1º. Это удлинение называется коэффициентом теплового линейного расширения. При расчете теплового расширения объема изделий следует учитывать, что коэффициент теплового расширения β равен утроенному коэффициенту линейного расширения α, т.е. β=3α..

Теплоемкость. Теплоемкость – это способность металла поглощать тепло. Удельная теплоемкость характеризуется количеством тепла в больших калориях, которое необходимо, чтобы повысить температуру 1 кг металла на 1 ºС.

Электропроводность. Электропроводностью называется способность металлов проводить электрический ток. Лучшими проводниками являются те металлы, которые оказывают наименьшее сопротивление прохождению электрического тока. Сравнивать электросопротивление различных металлов принято с помощью величин удельного электрического сопротивления, т.е. сопротивления в омах, которое оказывает току проволока из данного металла длиной 1м и сечением 1мм2.

Магнитные свойства металлов. Магнитностью называется свойство металла намагничиваться или притягиваться магнитом. Подобными свойствами обладают железо и его сплавы. Наиболее заметно магнитные свойства выражены у железа, никеля, кобальта и их сплавов, называемых за эти свойства ферромагнитными.

Таблица.1. Физические свойства некоторых металлов

Металлы Химический знак Плотность г/см3
Алюминий Al 2,7
Железо Fe 7,8
Медь Cu 8,9
Олово Sn 7,3
Свинец Pb 11,4
Цинк Zn 7,1
Металлы Температура плавления Сº. Коэффициент линейного расширения на 1º. Удельное электрическое сопротивление (ом · мм2/м)
Алюминий 0,000021 0.027 – 0,030
Железо 0,000012 0,092
Медь 0,000017 0,017
Олово 0,000023 0,120
Свинец 0,000027 0,100
Цинк 0,000030 0,60

7>

Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 9368; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Узнать еще:

Этапы и методы исследований

Комплексное изучение физического состава и структуры металла проводится в специализированных металлографических лабораториях. Несмотря на большое разнообразие методик, предназначенных для различных металлов и сплавов, в общем виде все исследования в металлографии включают в себя следующие этапы:

  1. Подготовка металлографических шлифов — тонких полированных металлических пластинок.
  2. Различные виды травлений и иные виды обработки шлифов.
  3. Изучение структуры образца под микроскопом.
  4. Анализ полученных изображений и описание результатов.

Выбор того или иного метода металлографического анализа зависит от физико-химических характеристик исследуемого материала, среди которых одними из самых значимых являются размеры и контрастность его зерен.

Подготовка образцов

В металлографии при подготовке исследуемых образцов применяют лабораторное оборудование, разработанное специально для их шлифовки, полировки и травления. Шлифовально-полировальные установки представляют собой станки с круглым вращающимся столом, на который крепится абразивная бумага или нетканый материал, пропитанный шлифовальной суспензией. Металлографические шлифы крепятся на оснастку при помощи термореактивных полимеров или эпоксидной смолы, а точность их прижима к шлифовальному кругу контролирует электронная система управления.
После такой обработки отдельные структурные элементы металлографического образца хорошо видны даже невооруженным глазом, а другие становятся хорошо различимыми под оптическим микроскопом. Кристаллическая структура некоторых металлов не требует дополнительной химической обработки, т. к. хорошо проявляется в поляризованном свете. Для других материалов в металлографии обычно применяют химическое или электролитическое травление, которое делает более отчетливой структурную компоновку металлографического шлифа.

Оборудование

Размер зерен металлических материалов лежит в диапазоне от 1 до 1000 мкм. Поэтому при металлографических исследованиях применяют различные типы оборудования, обладающего соответствующей разрешающей способностью:

  • световые оптические микроскопы с различными типами подсветки;
  • просвечивающие электронные микроскопы;
  • сканирующие электронные микроскопы;
  • установки рентгеновской дифракции.

Применяемые в металлографии оптические микроскопы имеют разрешающую способность не более 0.2 мкм, при этом изучение образцов, как правило, производится при увеличении в диапазоне 50÷1000х. Также при металлографическом анализе применяют оборудование с гораздо меньшим увеличением, что позволяет включать в поле обзора крупные кристаллические образования, например, дендриты. Для повышения контрастности изображения микроскопы в металлографии оснащаются оптическими устройствами, позволяющими изучать объект в отраженном свете (по методу светлых или темных полей) и с подсветкой поляризованными лучами.

В случае невозможности получения надлежащих результатов с помощью оптического оборудования в металлографии применяют электронные микроскопы. К таким исследованиям прибегают гораздо реже, так как этот вид металлографического анализа значительно дороже и занимает больше времени. Кроме того, эти устройства имеют ряд технических ограничений.

У используемых в металлографии сканирующих электронных микроскопов при увеличениях менее, чем 500х, четкость изображений становится ниже, чем у световых. А просвечивающие, как правило, не предназначены для использования на увеличениях менее 2000х. Установки рентгеновской дифракции применяются в металлографии реже, т. к. являются узкоспециализированными и больше предназначены для определения доли различных фракций, имеющих разные кристаллические структуры.

Определение количественных показателей

Количественная металлография применяется для оценки геометрических параметров и пространственного расположения кристаллических элементов и примесей с использованием различных видов математического моделирования. Это могут быть как простые методы интерполяции, основанные на измерении толщины слоя или видимых линейных размеров частиц, так и построение стереометрических моделей. В последнем случае в металлографии используют стереологические методы, которые позволяют получать количественную информацию о трехмерном объекте путем обработки данных, полученных на основании геометрических характеристик его двухмерных срезов.

Навигация по записям

Похожие статьи

Чем обусловлена необходимость металлографических исследований

С помощью металлографии есть возможность изучать строение и структуру различных материалов. Анализ может показать, какие физико-химические изменения произошли в составе металлов и насколько они повлияли на снижение прочности деталей.

  • определения, к какому типу относятся выявленные инородные вещества (дефект, зерно, неметаллические элементы);
  • обнаружения трещин, пор, неоднородности структуры по сечению, надрывов (вследствие воздействия внешних факторов);
  • оценки формы включений и их границы;
  • определения количества микроскопических частей в области исследования, их объема и занимаемой поверхности;
  • просчета площади конкретно взятого сечения микроскопических частей и его периметр;
  • измерения твердости металла

Структура металлов. Методы изучения.

Анализы структуры металлов: микро-, макро- и тонкая структура.

Строение металла условно делится на микро-, макро- и тонкую структуру. 1. Макроструктура. Макроструктуру материала изучают визуально без применения специального оборудования или при незначительном увеличении (под лупой). Осмотр помогает оценить структуру сплава после подготовки материала (шлифовка, травление) для дальнейшего исследования. С помощью макроструктурного анализа можно выявить: • явные, сплошные дефекты заготовок, которые могут стать причиной разрушения вещества (усадочная пористость, пузыри газа, трещины, раковины); • причины разрушения готовых деталей; • вид излома; • локализацию кристаллов и дендритов литья, их форму, размер; • химическую неоднородность кристаллизованного или созданного с помощью термической или химической обработки металла; • волокна деформированного сплава. 2. Микроструктурный анализ. Метод предполагает изучение металла при увеличении в 50 — 2000 раз световым микроскопом, что позволяет увидеть частицы до 0,2 мкм. Метод возможен благодаря рассмотрению структуры в отраженном свете, поэтому образцами для исследования служат микрошлифы с полированной поверхностью, в которых можно увидеть микротрещины и неметаллические составные. Для эффективности анализа, поверхность предварительно травят специальными реактивами, состав которых зависит от испытуемого вещества. Изучение микроструктуры помогает выявить форму и размер зерен, фазы и структуру вещества. Использование электронных микроскопов с большим разрешением также возможно при исследовании металла. Их изображение появляется с помощью быстрого потока летящих электронных лучей (длина волн 0,04 – 0,12)*10-8см. Просвечивающие микроскопы — проходя потоком электронов через изучаемый образец, дает картину неоднородного рассеивания электронов в структуре объекта. Косвенные и прямые методы. Косвенный анализ изучает не объект, а только его отпечаток, рельеф микрошлифа. Метод применяется с целью предупреждения повторного излучения, которое искажает картину. Прямой — просветное изучение фольги (до 300 нм). Фольгу получают из испытуемого объекта. Растровые микроскопы помогают изучить поверхность объекта и имеют немного меньшую разрешающую способность. Изображение при испытании получают при излучении электронов вторичной эмиссии с поверхности, подвергаемой потоку первичных электронов. 3. Тонкая структура. Метод основан на изучении атомно-кристаллической структуры твердой решетки с помощью рентген волн. Анализ позволяет определить химическую связь сплава, локализацию дефектов и их концентрацию, структуру, свойства, тип твердых растворов, напряжение, плотность дислокаций.
Поделитесь этим материалом:

Сфера применения

Металлографический контроль является обязательным для тех видов оборудования, где металл подвергается воздействию высоких температур, критического давления и агрессивных сред. Сюда относятся установки, аппараты, трубопроводы и емкости в энергетике, нефтегазовой отрасли, химической и атомной промышленности. Существует не менее десятка ГОСТ, устанавливающих нормативные характеристики и порядок применения металлографии, и еще большее количество отраслевых инструкций, методик и регламентов. К примеру, металлографические способы оценки зернистости стали паропроводов высокого давления на электростанциях (t до 600 ºC, P до 200 атмосфер) регламентируется ГОСТ-5639. А в случае их аварийного выхода из строя отраслевой нормативный документ предписывает обязательное проведение металлографического контроля.

А приходилось ли кому-нибудь из вас сталкиваться с проверкой сварных швов металлографией? В каких случаях это применяется и как металлографические исследования соотносятся с дефектоскопией? Напишите, пожалуйста, о своем опыте в комментарии к этой статье.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...