Микроструктурный анализ стали и чугуна
Микроструктурный анализ – это исследование внутреннего строения металлов и сплавов при помощи металлографических микроскопов.
Микроструктурный анализ позволяет:
- изучить форму зерен,
- изучить величину и взаимное расположение зерен,
- изучить состав металла или сплава,
- определить структурно-фазовый состав сплава,
- определить внутренние дефекты и неметаллические включения,
- установить изменения внутреннего строения в исследуемом образце при влиянии различных воздействий: механическая, термическая или химико-термическая обработка, обработка давлением, сварка и т.п.
Последовательность микроструктурного анализа сталей следующая:
- При помощи металлографического микроскопа просматриваются микрошлифы предложенных образцов. Микрошлиф устанавливается на столик микроскопа исследуемой поверхностью вниз, чтобы на нее падал свет объектива. Потом микроскоп настраивается на четкость изображения микрометрическим винтом и микрометрическим винтом. Предметный столик может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи ручной подачи.
- Проводится качественный анализ структуры образца - определяется наличие перлита, цементита, феррита. По результатам структурного анализа определяется тип стали: доэвтектоидная, эвтектоидная или заэвтектоидная.
- Проводится количественный анализ образца. Он заключается в определении процентного соотношения микроструктурных элементов, а его цель состоит в определении марки стали согласно содержанию в ней углерода.
- Определяются механические свойства исследуемого образца при помощи графиков зависимости прочности, твердости, вязкости и пластичности от содержания углерода.
Процесс микроструктурного анализа чугуна практически не отличается от анализа стали.
Использование при микроструктурном анализе нетравленых микрошлифов чугунов позволяет более четко наблюдать на фоне микроскопа неметаллические включения графита. Однако, исследование травленых микрошлифов позволяет выявлять, помимо включений графита, компоненты структуры металлической основы чугунов перлита и феррита. Качественный анализ образцов чугуна заключается в выявлении графитных включений, определении формы включений графита и определении структурных составляющих металлической основы при помощи фотографий микроструктуры. На основе качественного анализа определяется тип чугуна: серый, белый, ковкий, высокопрочный. После этого определяется содержание связанного углерода таким же образом, как это делается при микроанализе стали. 3аканчивается микроструктурный анализ чугуна определением его предела прочности по графику зависимости от содержания углерода.
Особенности подготовки образца при микроструктурном анализе конструкционных сталей
Конструкционная сталь – это сталь, которая используется для изготовления различных механизмов, деталей и конструкций и обладает определенными механическими, физическими и химическими свойствами.
Качество конструкционной стали определяется наличием в ней вредных примесей - серы и фосфора. Фосфор придает стали хрупкость, а сера красноломкость. В зависимости от их содержания конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества - содержание серы и фосфора до 0,05 %, качественные - содержание фосфора и серы до 0,035 %, высококачественные - содержание фосфора и серы до 0,025 % и особовысококачественные - содержание серы и фосфора до 0,015 %.
Успех микроструктурного анализа конструкционной стали зависит от качества подготовки микрошлифа, которая заключается в следующем. Сначала образец шлифуется вручную или на специальных станках. Удаляются в первую очередь неровности, оставшиеся от вырезки образца. Потом при помощи мелкозернистой абразивной бумаги уменьшают шероховатость поверхности, а заканчивается шлифование на микронной бумаги. При смене абразивной бумаги образец очищается от абразива. Полирование шлифа осуществляется на специальном станке с вращающимся металлическим диском, который обтянут тонким сукном или другим материалом. На ткань периодически наносится суспензия в виде мелкозернистого порошка. Поверхность микрошлифа должна стать зеркальной. На отполированный микрошлиф наносится спиртовой раствор азотной кислоты, образец выдерживается до появления признаков протравки. После этого действие травящего вещества нейтрализуются техническим спиртом, а поверхность шлифа просушивается. Продолжительность травления зависит от концентрации реактива, природы металла. После этого образец фотографируется металлографическим микроскопом. Данный метод стал более актуальным в последнее время, благодаря высоким темпам строительства быстровозводимых конструкций с несущим каркасом из стали.
