2. BUDOWA MATERIAŁÓW

2.3. Makrostruktura

2.4. Mikrostruktura, mikroskopia świetlna

DEFINICJE

• Makrostruktura materiału - elementy struktury widoczne nieuzbrojonym okiem lub przy użyciu przyrządów optycznych dających obraz powiększony nie więcej niż 40x.

• Mikrostruktura materiału – elementy struktury widoczne przy użyciu mikroskopów dających powiększenie większe niż 40x.

Jedną z metod badania makrostruktury i mikrostruktury materiałów metalowych jest metalografia. Badania metalograficzne polegają na oględzinach obiektów lub preparatów i wnioskowaniu na podstawie obrazu i analizy poszczególnych jego fragmentów o strukturze. Wyróżnia się badania metalograficzne makroskopowe i mikroskopowe.

2.3. MAKROSTRUKTURA – badania metalograficzne makroskopowe

a) Obserwacja powierzchni w celu ujawnienia:• Śladów oddziaływania środowiska, np. produktów korozji• Nieciągłości materiału, np. pęknięć, pęcherzy, wgnieceń

Produkty korozji na wewnętrznej powierzchni rurociągu ze stali węglowej

20 mm20 mm

Produkty korozji i uszkodzenia mechaniczne na wewnętrznej powierzchni rury ze stali 18Cr-10Ni-Ti

Pęknięcie na zewnętrznej powierzchni rury ze stali 18Cr-10Ni-Ti

b) Obserwacja przełomów w celu ujawnienia: - Charakterystycznych cech przełomu, określających jego rodzaj - Większych wtrąceń niemetalicznych - Wielkości i kształtu ziaren - Nieciągłości materiałowych - Grubości stref o zróżnicowanej budowie

5 mmPrzełom kruchy Przełom ciągliwy

Przełom mieszanyPrzełom zmęczeniowy łopatki turbiny: a) ognisko, b) część muszlowa przełomu, c) złom resztkowy

c

b

a

c) Obserwacja powierzchni zgładów metalograficznych

Etapy przygotowania zgładów:Wycięcie próbkiSzlifowanie powierzchni do na szlifierceSzlifowanie na płótnach i papierach ściernychPolerownie (nie zawsze konieczne)Trawienie odczynnikami

Obserwacja powierzchni zgładów może ujawnić:Naruszenie spójności materiału badanego elementuNiejednorodność budowy materiału Technologię wykonania elementuWielkość ziarna

Powierzchnia zewnętrzna rury stalowej: S- szczelina

S

Zgład wykonany na przekroju poprzecznym ścianki rury: S – szczelina, ZP – zewnętrzna powierzchnia, WP- wewnętrzna powierzchnia

S

Zgład wykonany na przekroju blachy stalowej: pęknięcia wzbudzone wodorem

6 mm

10 mm

Zgład wykonany na przekroju złacza spawanego: budowa złącza

CEL BADAŃ METALOGRAFICZNYCH MAKROSKOPOWYCH W LABORATORIACH PRZEMYSŁOWYCH:

Ocena jakości wyrobów Kontrola urządzeń przemysłowych Ocena jakości zabiegów technologicznych: spawania, obróbki

cieplnej, cieplno-chemicznej, przeróbki plastycznej Określenie przyczyny awarii

2.3. MIKROSTRUKTURA – badania metalograficzne mikroskopowe

Badania polegają na obserwacji powierzchni zgładów metalograficznych przy pomocy mikroskopów metalograficznych

Etapy przygotowania powierzchni zgładów: Wybór miejsca pobrania próbki na podstawie badań

makroskopowych Wycięcie próbki Zatopienie w żywicy (inkludowanie) Szlifowanie na płótnach i papierach ściernych Polerowanie mechaniczne lub elektrolityczne Trawienie powierzchni odczynnikami

Mikroskop metalograficzny świetlny

1. Stolik przedmiotowy2. Głowica rewolwerowa

z obiektywami3. Okular4. Oświetlacz5. Pokrętło przesuwu

makro6. Pokrętło przesuwu

mikro

Bieg promieni świetlnych w mikroskopie

Powiększenie całkowite mikroskopu N

N=Nob x N ok.

Nob - powiększenie obiektywu

N ok. – powiększenie okularu

Zdolność rozdzielcza mikroskopu dm – najmniejsza odległość między dwoma punktami, które widoczne są oddzielnie.

dm= λ/2nsin(β/2) = λ/2Aob

λ – długość fali świetlnej

n – współczynnik załamania światła

β – kąt rozwarcia soczewki obiektywu

Aob – apertura numeryczna

Dla λ = 550 nm i Aob= 1,6

dm = 200 nm

BADANIA ZGŁADÓW NIETRAWIONYCH

Pęknięcia, wtrącenia niemetaliczne w stali Grafit sferoidalny w żeliwie

Osnowa metaliczna

BADANIA ZGŁADÓW TRAWIONYCH

50 μm

Mikrostruktura stali po wytrawieniu 4% roztworem HNO3 w alkoholu

50 μm

Mikrostruktura żeliwa po wytrawieniu 4% roztworem HNO3 w alkoholu

Mikrostruktura stali 18Cr-10Ni-Ti po wytrawieniu wodnym roztworem HCl i HNO3

CEL BADAŃ METALOGRAFICZNYCH MIKROSKOPOWYCH W LABORATORIACH PRZEMYSŁOWYCH:

Identyfikacja materiału i jego stanu po zabiegach technologicznych: obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej, przeróbce plastycznej, spawaniu

Ocena jakości materiału, np. na podstawie wielkości ziarna, wielkości wydzieleń grafitu w żeliwie, wtrąceń niemetalicznych, jednorodności mikrostruktury

Ocena wpływu zmian parametrów wytwarzania wyrobu na mikrostrukturę materiału

Określenie przyczyny awarii