REFERAT nr. 3

la disciplina

ŞTIINŢA ŞI INGINERIA MATERIALELOR

Se consideră o probă metalografică de dimensiuni 10 x 15 mm, elaborată din:

A. Oţeluri carbon:1. - oţel cu 0.77%C

I. Realizaţi pentru aceasta, o tehnologie completă de pregătire în vederea analizei optice metalografice microstructurale. Se vor evidenţia operaţiile şi materialele necesare pentru:

a. - stabilirea locului pentru debitarea probei metalografice;b. - posibilităţi de extragere a probei metalografice;c. - realizarea suprafeţei plane;d. - şlefuirea probei metalografice;e. - lustruirea probei metalografice;f. - punerea în evidenţă a structurii probei metalografice (atacul chimic

metalografic).

Debitarea probei se produce în locul potrivit, în dependenţă de scopurile analizei microscopice. Tăierea epruvetei se face prin diferite metode: de mână - cu bomfaierul, mecanic - cu freză-disc, cu cuţit de strungire, cu disc abraziv ş.a., electromecanic. Cerinţele principale, impuse la debitarea probei sunt: alegerea corectă a locului, planului şi direcţiei de tăiere (mai ales pentru materiale deformate şi anizotropice, monocristaline) şi neadmiterea încălzirii probei în timpul debitării şi prelucrării la temperaturi care pot provoca schimbări structurale ale materialului cercetat, pentru ce se practică răcirea locului de tăiere.

În cazul unui semifabricat, se vor pregăti doua feţe secţionate (longitudinal şi transversal) din regiunea axiala a acestuia, ţinandu-se cont de dimensiunile sale.

Extragerea probelor. Locul prelevării probei trebuie să fie ales astfel încât eşantionul să fie reprezentativ pentru materialul studiat. Neexistând o regulă generală pentru alegerea acestui loc, el se va stabili în funcţie de natura, forma şi mărimea piesei, de tratamentele mecanice sau termice la care a fost supus materialul. Indicaţii privind modul de prelevare a probelor metalografice sunt date în STAS 4203-74 "Luarea şi pregătirea probelor metalografice".

Modul prin care se extrage proba din piesă are o mare importanţă. Tăierea se va face cu respectarea următoarelor condiţii: -să nu producă transformări ale structurii; -să realizeze o suprafaţă plană; -să asigure păstrarea cantitativă şi calitativă a constituenţilor structurali.

Se vor evita deci, procedeele mecanice care produc deformări puternice ale materialului (tăierea cu dalta sau cu foarfeca) şi procedeele de tăiere cu flacără (care, prin încălzirea puternică a materialului, duc la modificări structurale).

1

Tăierea corectă se realizează cu fierăstrăul mecanic sau prin aşchiere, răcind energic zonele tăiate (cu apă, emulsie de săpun, ulei, aer comprimat,etc.). Materialele foarte dure se taie cu discuri abrazive sau prin procedee neconvenţionale (electroeroziune). Probele din materiale fragile şi casante se pot lua prin lovire cu ciocanul.

Pregătirea suprafeţei plane de cercetare este a doua etapă de producere a probei metalografice micro care se realizează, la rândul său, prin şlefuirea şi lustruirea (polizare) suprafeţei alese. Aceste prelucrări pot fi executate cu mâna sau la maşini, dispozitive speciale (200-1400 tur/min). Atât într-un caz, cât şi în altul proba se ţine în mână şi se roade cu suprafaţa respectivă de hârtie şmirghel.

Şlefuirea se execută cu hârtie şmirghel de diferită granulaţie, în ordine de la granulaţia mare la cea mică. (tab. 1.1).

Tabelul 1.1 Caracteristica hârtiei şmirghel (GOST 10054-88)Hârtia nr. Granule, m Hârtia nr. Granule, m

12 150-125 M40 40-2810 125-105 M28 28-208 105-75 M20 20-146 84-63 M14 14-105 63-42 M10 10-74 53-28 M7 7-5

3 1 42-20 M5 5-3,5

Şlefuirea începe în direcţia perpendiculară a neregularităţilor apărute după debitarea probei şi se execută până la dispariţia acestora. Apoi se trece la hârtia şmirghel de alt număr, luând în considerare că la fiecare schimbare a hârtiei proba se spală bine de produsele şlefuirii, iar direcţia şlefuirii totdeauna se schimbă la 90°.

Nu se admite trecerea bruscă a hârtiei şmirghel de la un număr mare la un număr mult mai mic, fiindcă în acest caz rezultatul prelucrării va fi necalitativ: în microadâncituri va pătrunde praf, aşchie, abraziv, ceea ce se va evidenţia în etapele ulterioare de preparare a probei şi va cere prelucrarea sa repetată. în cadrul şlefuirii la fel nu se admite apăsarea forţată, a probei pentru urgentarea prelucrării, fiindcă în acest caz se produce încălzirea suprafeţei prelucrate şi pătrunderea în ea a particulelor abrazive, ceea ce va defecta proba prin prezenţa în imaginea structurii a punctelor negre. Şlefuirea se realizează cu utilizarea nu mai puţin a 4-5 tipuri de hârtie şmirghel şi se finalizează, de obicei, cu hârtia M 20 sau M 10.

Lustruirea probelor se execută cu mâna sau mecanic, numai în loc de hârtie şmirghel se folosesc diferite pânze, ţesături (postav, fetru, catifea) impregnate cu soluţii speciale de lustruire. Soluţia pentru lustruire reprezintă o suspensie săracă (5-15 g la un litru de apă) a materialelor abrazive (oxid de crom, oxid de aluminiu ş.a.) de o dispersitate fină ( particulele de ~1m). Pentru aliajele dure, în calitate de material abraziv de lustruire, poate fi folosit praful de diamant (10-1 m). Astfel de lustruire se numeşte mecanică.

2

Atacul metalografic. Atacul probelor metalografice are ca scop punerea în evidenţă prin colorarea selectivă a unor constituenţi prezenţi. Durata atacului variază de la câteva secunde până la câteva minute, de la caz la caz. Proba se considera atacata atunci când şi-a pierdut luciul şi a devenit mata.

Pentru a obţine contraste puternice se vor folosi reactivi cât mai diluaţi, pentru a putea acţiona durate mai îndelungate. Pentru cercetare la o mărire mai mare a microscopului, se vor efectua atacuri mai slabe, pentru a putea fi puse in evidenţă diferitele detalii de structura şi invers, în cazul cercetării la o mărire mai mica.

După atacul metalografic, proba se spală cu apa şi se usucă prin tamponare pe hârtie de filtru sau în curent de aer cald ca să poată fi studiata la microscop. Pentru examinare la microscop, suprafaţa probei trebuie sa fie perpendiculara pe axul microscopului; în acest scop, proba este fixata pe o plăcuţă prin intermediul plastilinei cu ajutorul unei mici prese manuale.

Tabelul 5

Reactivi recomandaţi pentru analize macroscopice şi microscopice

Nr. crt.

Denumirea reactivului

Cantitatea

Condiţii de atac Utilizări şi observaţii

1 Acid azotic Apă distilată

0.5...1 ml 100 ml

Atacul se face prin imersia probei, timp de 30...60 s

Pune în evidenţă structura sudurilor (analiză macroscopică)

2 Acid azotic

Apă distilată4...10 ml 90...96 ml

Se foloseşte rece. Proba se scufundă în soluţii de acid sau se tamponează suprafaţa de cercetare cu vată

Pune în evidenţă sulfurile, porozităţile, fisurile, fulgii, structura dendritică. Se fo-loseşte la oţeluri carbon şi slab aliat (analiză macroscopică)

3 Acid sulfuric diluat cu apă distilatăFixator obişnuit

5% Se menţine hârtia fotografică îmbibată în acid sulfuric diluat timp de 3 min, apoi se fixează 10 min

Se pun în evidenţă sulfurile proba Baumann (analiză macroscopică)

4 Acid azotic con-c.1,4

Alcool etilic (acest amestec

1...5 ml

100 ml

Timpul de atac, de la câteva secunde până la un minut

Pune în evidenţă constituenţii structurali fier-carbon, întunecând perlita (analiză microscopică)

5 Reactivul Fry Clorură cuprică Acid clorhidric(1,19) Apă distilată

90 g120 g 100 ml

Timp de 5...30 min se încălzeşte până la 200... ...250°C. Se lustruieşte şi se atacă prin ştergerea continuă a suprafeţei cu o bucată de pânză înmuiată în soluţie. Se spală apoi proba

Pune în evidenţă urmele de deformare a oţelurilor cu conţinut scăzut de carbon (analiză macroscopică)

3

6 Acid clorhidric(1,19)

Acid azotic (1,40)

20 ml 10 ml7 ml 50 ml

Se utilizează rece, durata de atac 5 min

Pune în evidenţă porozităţile, fulgii, sulfurile, incluziunile nemetalice, precum şi alte defecte de materiale şi de laminare la oţeluri (analiză

Observaţii :

- Reactivii din tabel sunt cel mai mult utilizaţi în practică.

- Gama completă de reactivi este indicată în STAS 4203-74.

- La prepararea şi utilizarea reactivilor se vor respecta regulile de protecţie a muncii.

II. Elaboraţi o sinteză a aparaturii şi metodelor utilizabile practic în vederea efectuării unei analize metalografice macro şi microscopice a probei considerate.

4