Metode de investigare a materialelor metalice

Metode de investigare a materialelor metalice

1.1 Analiza macroscopica

1.1.1.Generalitati

Prin structura unui material metalic intelegem alcatuirea sa interna caracterizata prin natura si aranjarea atomilor, legaturile si interactiunile dintre atomi. Toate acestea dau proprietatile materialului respectiv.

Structura fiecarui material poate fi considerata pe cateva nivele, toate influentand proprietatile materialului respectiv.

Nivelul 1- este dat de structura nucleelor atomice.

Nivelul 2 - este dat de structura individuala a atomilor, caracterizata de aranjamentul electronilor care inconjoara nucleul si care influenteaza puternic proprietatile fizice si intr-o anumita masura rezistenta la coroziune.

Dispunerea atomilor in jurul nucleului are influenta asupra legaturilor dintre atomi si ajuta la stabilirea naturii materialului (se determina chimic, electronic prin fluorescenta de radiatii x).

Nivelul 3- este dat de modul de aranjare al atomilor in spatiu, care poate fi regulat, formand o structura amorfa (sticloasa). Modul de aranjare a atomilor se determina cu ajutorul difractiilor cu radiatii x.

Nivelul 4- este dat de structura de graunti (structura microscopica), fiecare graunte avand un anumit aranjament atomic.Acest nivel se poate observa cu ajutorul microscopiei optice sau electronice.

Nivelul 5- este dat de structura macroscopica, care presupune    examinarea cu ochiul liber sau cu lupa (la puteri de marire de 50 de ori )a unei suprafete pentru a descoperi unele defecte sau in cazul incercarilor mecanice in care se face ruperea.

Pregatirea suprafetelor se face cu hartie metalografica cu granulatie 6÷4 (STAS 1753-80), iar apoi suprafata poate fi supusa atacului cu diferiti reactivi chimici.

Rezultatele analizei macroscopice pot fi prezentate sub forma de fotografii, amprente sau descrieri. Cu ajutorul analizei macroscopice se pot face aprecieri asupra ruperii materialelor, asupra macrostructurii pieselor turnate, neomogenitatii chimice si mecanice a pieselor si se pot pune in evidenta sectiuni ale imbinarilor sudate.

Identificarea     esantioanelor, prelucrarea suprafetelor supuse studiului, atacul metalografic in functie de material, examinarea vizuala sau la microspcop sunt reglementate in STAS 10952/1-77; STAS 7626-79; SRISO 643; SREN 287-1; STAS 6905-85.

Examinarea suprafetelor de rupere

Ruperea materialelor metalice se poate face ductil, fragil sau prin oboseala. In functie de aspectul suprafetei de rupere se poate determina felul ruperii, astfel:

a) ruperea ductila este precedata de deformatii plastice mari, iar suprafata de rupere prezinta un aspect mat, fibros Fig.1.1.1

Materialele care se rup ductil sunt: metalele tehnic pure (Al, Cu,Fe); otelul recapat, etc.

b) ruperea fragila     Fig.1.1.2- in cazul ruperii fragile materialul nu se deformeaza Fig.1.1.2, iar aspectul suprafetei de rupere este neted cristalin.

Se rup fragil otelurile calite, fontele cenusii si albe, etc.

c) ruperea prin oboseala , Fig.1.1.3- apare in cazul solicitarilor ciclice a unor organe de masini, axe, roti dintate, arbori, etc.

In primul rand apar fisuri care se propaga in timp pana cand rezistenta este depasita, iar materialul se rupe.Suprafata unei piese rupte prin oboseala prezinta doua zone distincte:

una neteda rodata care corespunde propagarii in timp a fisurii;

a doua corespunzatoare ruperii bruste, care poate avea un aspect cristalin (in cazul materialelor ductile).

Examinarea sectiunilor produselor turnate

Daca se sectioneazeaza un lingou din otel si se ataca cu Nital se poate observa zonele caracteristice ale sectionarii de turnare, Fig.1.1.4.

1.1.4 Examinarea unor sectiuni cu neomogenitati chimice

Neomogenitatile de ordin chimic sunt o consecinta a imbogatirii sau saracirii unor zone ale materialului in S, P, C, etc.

Se va examina o suprafata dintr-un otel carbon pentru a determina neomogenitatile cauzate de sulf sub forma de sulfuri cu ajutorul amprentei Baumann.

Pregatirea probei se face prin slefuire cu hartie abraziva, dupa care se spala si se degreseaza cu alcool.

La lumina se cufunda o hartie fotografica 5-10 minute intr-o solutie de acid sulfuric diluat (5%) si se aseaza cu partea sensibila pe suprafata pregatita a probei. Dupa mentinerea hartiei fotografice in stare usor apasata timp de 3 minute, ea se introduce intr-un fixator. In urma reactiilor ce au loc intre hartia fotografica si suprafata probei, rezulta sulfura de argint (Ag₂S), care are culoarea brun inchisa, aparand pe hartia fotografica sub forma de puncte inchise, indicand repartizarea sulfurilor in zona cercetata.

1.1.5. Examinarea unor sectiuni cu neomogenitati mecanice

Neomogenitatile unor sectiuni mecanice apar la deformarea plastica la rece unde se obtine o structura fibroasa. Aceasta structura poate fi pusa in evidenta cu ajutorul reactivului Frz nr.4 si Schroder, Fig.1.1.5.

Deformarea plastica la cald favorizeaza orientarea dendridelor si a spatiilor interdendridice care contin un numar mare de impuritati, constituindu-se linii de deformare plastica la cald caracteristice.

1.1.6. Examinarea unor sectiuni ale imbinarilor sudate

O imbinare sudata are trei zone : cusatura, zona de influenta termica (Z.I.T.) si metalul de baza . Pentru evidentierea acestor zone din otelurile nealiate , slab si mediu aliate se folosesc reactivi Adler sau Nital, Fig.1.1.6.

Suprafetele de rupere sau sectiunile unor probe special pregatite se vor examina cu ochiul liber sa cu ajutorul lupei si al microscopului stereoscopic . Se vor schita in caiet aspectele evidentiate de aceste probe.

Fig.1.1.1 Ruperea ductila

1.1.2. Ruperea fragila

Fig.1.1.4. Sectiunea intr-un lingou cu retasura    Fig.1.1.3 Ruperea prin oboseala

zona cristalelor globulare;

zona cristalelor columnare;

zona cristalelor echiaxe

Fig. 1.1.6 Sectiune printr-o imbinare sudata   

Fig.1.1.5     Structura fibroasa

cusatura sudata;

ZIT ;

Material de baza