Макроскопічний аналіз - це визначення будови структури металів, яку можна побачити неозброєним оком або через лупу при невеликих збільшеннях (до 30 разів).
Макроаналіз найчастіше є попередніми видом дослідження і дозволяє визначити: злами, порушення суцільності металу, неоднорідність та інше.
Металли - це непрозорі речовини, і їх структура досліджується в зламі або спеціально приготованих зразках (макрошліфах).
Зразок вирізається з певного місця в певній площині, в залежності від того, що досліджують (лиття, поковки, штампування, прокатки, зварні або термічно оброблені деталі) і що необхідно ідентифікувати (первинна кристалізація, структурна неоднорідність, дефекти, що порушують цілісність металу). Тому зразки вирізають з одного або декількох місць злитка (або заготовки, або деталі) в поздовжньому і поперечному напрямках. Поверхня зразка розрівнюють на наждачному колі і шліфують. Далі протравливается спеціальними реактивами. Важливо пам'ятати, що на шліфованої поверхні не повинно бути ніяких забруднень, слідів масла і іншого.
Макрошліфом називають шліфований і протравлений зразок. У разі якщо макрошліф виготовлений в поперечному перерізі деталі, то його зазвичай називають темплет.
Даний вид дослідження дозволяє оцінити не тільки форми і розміри окремих фаз, зерен, але і включення сторонніх фаз, мікропорожнечі і їх розташування.
На відміну від мікроскопічного аналізу макроанализ не дозволяє визначити всіх особливостей будови металу. Також макроанализ є не завершальним, а тільки попередніми видом дослідження.
Об'єкти вивчення макростроенія?
- безпосередньо на поверхні металу, наприклад, в виливках, поковок.
- в зламі заготовки (деталі);
- після попередньої підготовки досліджуваної поверхні, що полягає в її шліфуванні і травленні спеціальними реактивами.
Макроаналіз виявляє:
- тип руйнування (крихке, в'язке);
- розмір, форма і розташування зерен і дендритів литого металу;
- дефекти злитків і виливків;
- дефекти, що порушують суцільність металу: усадочная рихлість, підкіркові бульбашки, центральна пористість, межкристальні тріщини і багато іншого;
- хімічна неоднорідність металів, створювана процесами кристалізації або термічної і хіміко-термічною обробкою;
- розташування волокон в кованих і штампованих заготовках;
- тріщини при обробці тиском або термообробці, дефекти зварних швів.
Макродослідженнях зазвичай проводять на зразку з попередньо підготовленої поверхностью- макрошліфов.
Характерні макродефектів стали на основних етапах виробництва металовиробів (після лиття)
Макрошліфов злитка спокійної сталі.
На рисунку 1 представлений макрошліфов злитка спокійної сталі.
Кремнієм, марганцем і алюмінієм раскисляется спокійна сталь.
Структура злитка складається з трьох зон:
I. зовнішньої дрібнозернистої зони,
II. зони стовпчастих кристалів
III. зони рівноосних кристалів.
Рис. 1- Будова злитка спокійної сталі з характерними зонами I — III
Перша зона складається неорієнтованих в просторі дрібних кристалів. Різким перепадом температур може утворитися зовнішня дрібнозерниста зона. Метал в цій зоні сильно переохолоджується, в ньому утворюється велика кількість центрів кристалізації, і він приймає дрібнозернисту будову.
Зона стовпчастих кристалів виникає в результаті з невеликого числа центрів кристалізації в напрямку відводу теплоти, тобто перпендикулярно стінці виливниці, починають рости стовпчасті кристали. Зону стовпчастих кристалів стримують сусідні дендріди.
Зона рівноосних кристалів - це третя зона, де в центрі злитка немає певної спрямованості відведення теплоти. У третій зоні зародками зазвичай є різні дрібні тверді частинки, відтиснуті при кристалізації до центру злитка.
Кристалізація називається транскрісталлізаціей, при якій зони стовпчастих кристалів стикуються. Транскрісталлізація корисна для кольорових металів, так як метал стає щільніше і при його високій пластичності тріщини при деформації не утворюються.
Основними дефектами злитка є:
- усадочная раковина,
- усадочная пористість зазвичай утворюється поблизу усадочної раковини і по осі злитка
- ликвация.
Cтворіння усадочної раковини і усадочною пористості обумовлено тим, що всі метали крім вісмуту мають в твердому стані менший питомий обсяг, ніж в рідкому.
Поперечний переріз злитка
На Рис. 2 представлено поперечне дендрідна будова
Рисунок 2 дендрідна будова
Монокристал Чернова
Рисунок 3- Дендрит з витягнутою віссю 1 -го порядку.
Газові раковини в злитку.
Газові раковини в злитку мають малі розміри, розкидані по всій масі виливка і утворюються за рахунок поганої якості металу. Утворившись за рахунок дефектів форми і неправильної технології заливки, газові раковини фіксуються на окремих ділянках форми і можуть перебувати на невеликій глибині від поверхні виливки або стрижня.
Темплете киплячій стали
Кипляча сталь раскисляют тільки марганцем і відрізняється низьким вмістом С 0,23% і Si 0,05%. У злитку цієї стали містяться великі газові бульбашки, які утворюються внаслідок реакції відновлення заліза вуглецем FeO + C = Fe + CO.
Рисунок 4 – Темплете киплячій стали
Ликвация в металургії - це неоднорідність хімічного складу сплавів, що виникає при їх кристалізації. Приклад ликвации представлена на рис.5, він виникає в результаті того, що сплави, на відміну від чистих металів, кристалізуються ні до однієї температурі, а в інтервалі температур.
Розрізняють 2 види ликвації:
- дендритная ликвация, яка проявляється в мікрооб'ємах сплаву, близьких до розміру зерен.
- зональна ликвация, яка спостерігається у всьому обсязі злитка, зональна ликвация представлена на рис. 5.
Рисунок 5 – Зональна ликвация
Неметалеві включення
неметалеві включення — це домішки, нерозчинні в розплавленому металі і присутні в ньому у вигляді сторонніх, досить малих включень.
Неметаличні включення потрапляють в метал з зовнішніх джерел (шлак, вогнетриви) - екзогенні включення, або утворюються при його раскислении в процесі плавки і окисленні при розливанні (оксиди, нітриди, сульфіди) - ендогенні включення. Важливо пам'ятати, що при аналізі макроструктури окремі неметалеві включення не можуть виявлятися. Про наявність судять по зонам підвищеної переслідувані на поверхні макрошліфов.
Виливок із суцільною зоною кристалізації-поперечний напрямок
До взаємного їхнього зіткнення зона стовпчастих кристалів поширюється по всьому перетину. Такий вид макроструктури є дефектною через її крихкості, представлена на рисунку 6.
Рисунок 6- Виливок із суцільною зоною кристалізації