Badania mikro, makro i defektoskopowe.

Politechnika Łódzka

Wydział Mechaniczny

Instytut Inżynierii Materiałowej

LABORATORIUM

NAUKI O MATERIAŁACH

Ćwiczenie nr 2

Temat: Badania mikro, makro i defektoskopowe.

Łódź 2010

BADANIA METALOGRAFICZNE Metalografią nazywamy dział metaloznawstwa, który zajmuje się opisem struktury metali i stopów przy wykorzystaniu metod mikro, makro.

BADANIA MAKROSKOPOWE 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie mikroskopowych metod badań ( okiem nieuzbrojonym lub przy kilkukrotnym powiększeniu) materiałów, elementów maszyn i narzędzi w celu określania jakości i/lub wad będących wynikiem procesów odlewniczych, spawalniczych, przeróbki plastycznej, obróbki cieplnej oraz cieplno chemicznej. 2. Wiadomości teoretyczne Badania makroskopowe (PN-EN 1321:2000, ISO17639)

Badania makroskopowe przeprowadza się przy pomocy lup o powiększeniu do 30 razy lub „okiem nieuzbrojonym”. Dzięki tego typu badaniom jesteśmy w stanie ocenić jakość materiału gotowych wyrobów lub półfabrykatów.

Podczas tych badań możliwe jest wykrycie: -nieciągłości materiału: pęknięcia, zawalcowań, jam skurczowych, pęcherzy podskórnych -niejednorodności chemicznych -niejednorodności strukturalnych (stali, surówek, żeliwa i innych stopów). Badania makroskopowe wykonuje się na powierzchni próbki wypolerowanej lub wytrawionej, przy pomocy odpowiedniego odczynnika. Należy pamiętać, że sposób pobierania próbki do badania nie powinien wpływać na wyniki badań. Odczynniki do badań makroskopowych: - odczynniki do trawieniu powierzchniowego takie jak odczynnik Heyna, Anczyca, Adlera zawierają sole miedzi, które osadzają się w miejscach bogatych w żelazo natomiast miejsca bogatsze w C, P i S zostają znacznie zaciemnione.

- odczynniki do głębokiego trawienia, czyli wodne roztwory kwasów działają korodująco na powierzchnię metalu najbardziej w miejscach nieciągłości w postaci por, zażużleń, pęknięć lub rzadzizn materiałowych a także w miejscach niejednorodnych strukturalnie, czyli w osiach dendrytów, warstwach zahartowanych, spoin lub wtopień. Odczynniki do trawienia próbek w badaniach makroskopowych (PN-CR12361:2002).

Materiał Nazwa i skład odczynnika Warunki wykonania próby

Zastosowanie i działanie odczynnika

Stal Jacewicza 38cm3HCl +

+ 12cm3H2S04(l,83) + + 50 cm3 H20

Szlif zgrubny, temp. 60 - 70°C, czas 15 - 60 min

Głębokie trawienie. Roztrawia nieciągłości

materiału i większe skupiska wtrąceń nie-

metalicznych. Ujawnia włóknistość

Stal 100 cm3 HC1 (1,19) + +100 cm3 H20

Szlif zgrubny, temp. pokojowa, czas do 24 h lub temp. 60 - 80°C, czas 15 - 60 min

jw.

Stal Anczyca 2gCuS04*5H,0 +

+ 8gNH4Cl + 100cm3H2O

Szlif gładki, temp. 20°C,

czas do 5 min

Ujawnienie segregacji fosforu (struktury pier-wotnej i włóknistości).

Miejsca o podwyższonej zawartości fosforu są

ciemniejsze Stal Heyna

10gCuCl2*3NH4Cl*2H2O + +100 cm3 H20

jw. jw.

Stal Oberhoffera 0,5 g SnCl2 + 1 g CuCl2 +

+ 30 g FeCl3 + + 50 cm3 HC1 (1,19) +

+ 500 cm8 H2O i 500 cm3 alkoholu etylowego

Szlif b. gładki, temp. 20°C, czas do

60 s

Ujawnienie segregacji fosforu, a więc wykrywanie

struktury pierwotnej i kierunku przebiegu

włókien. Miejsca 0 obni-żonej zawartości fosforu są

ciemniejsze Stal Fry'a

120 cm3 HC1 (1,19) + + 90 g CuCl2 + 100 cm8

H20

Szlif gładki, temp. 20°C, czas 5 - 30

min

Ujawnienie linii płynięcia w miękkiej stali. Efekt

zwiększa się po uprzednim podgrzaniu próbki przez 30 min w temp. 200 - 300°C

Stal Baumanna 2 - 5 cm3 H2SO4 (1,84) +

+ 100 cm3 H20

Szlif gładki, temp. 20°C, czas do 5 min

Ujawnianie segregacji siarki. Miejsca wzbogacone

w S dają na papierze fotograficznym ciemne

plamy Stal Adlera

3 g CuCl2*2NH4CI*2H20 + + 50cm3HC1 + 15gFeCl3 +

+ 25 cm3 H20 lub 10% roztwór HNO3 w alkoholu

etylowym

Szlif b. gładki, temp. 20°C, czas

ok. 60 s

Trawienie spoin; ujawnia warstwy spoiny i strefę

wpływu ciepła

Stal Nasycony roztwór wodny chlorku miedziowo-

amonowego CuCl2-3NH4Cl-2H20

Szlif gładki, temp. 20°C, czas 1 - 2

min

Wytrawianie pęknięć wodorowych (płatków

śnieżnych)

Aluminium i jego stopy

60 cm3 HF (40%) + + 180 cm3 HC1 (1,19) + + 60 cm3 HNO3 (1,4) + + 1000 cm3

H20

Szlif gładki, temp. 20°C, czas kilka

minut

Niejednorodności struk-turalne, pęknięcia

Aluminium i jego stopy

1 g NaOH + 100 cm3 H20 10 - 20 cm3 - (40%) HF + + 100 cm3 H2O następnie trawić w stężonym HCl

Szlif gładki jw.

Miedź i jej stopy

10 g nadsiarczanu amonu + 100 cm3 H20

Szlif gładki. Należy stosować zaraz po

zrobieniu

jw.

Miedz i jej stopy

10% roztwór wodny NH3 z kilkoma kroplami wody

utlenionej

Szlif gładki jw.

Z najczęściej spotykanych badań makroskopowych wyróżniamy: -badania makroskopowe materiału po procesie odlewania:

-dzięki tego rodzaju badaniom istnieje możliwość ustalenia jamy usadowej, czyli wewnętrznych nieciągłości metalu powstałych przy krzepnięciu rzadzizny (zażużlonej lub trans krystalicznej) przejawiającej się wyraźnym występowaniem kryształów słupowych, segregacji strefowej oraz segregacji dendrytycznej.

-badania makroskopowe materiału po przeróbce plastycznej: -dzięki tego rodzaju badaniom istnieje możliwość analizy poprzecznej lub podłużnej próbki poddanej procesom stalowniczym (pozostałości jamy usadowej, niezgrzane pęcherze gazowe, segregacja strefowa) po szlifowaniu oraz zapoznanie się z rezultatami przeróbki plastycznej. Wady, jakie można wykryć to podłużne rysy walcownicze, pęknięcia, naderwania, linie Ludersa. -Próba Baumana (PN-87/H-04514) pozwala na zapoznanie się z rozmieszczeniem siarki w próbce, dzięki zachodzącej reakcji chemicznej między siarką z powierzchni próbki, 5% wodnym roztworem H2SO4 a emulsją bromosrebrowego papieru fotograficznego.

MnS(FeS) + H2S04 – MnSO4(FeSO4) + H2S H2S + 2AgBr - Ag2S + 2HBr

Powstałe zaciemnienia siarczku srebra powstałe na papierze fotograficznym wielkością i kształtem odpowiadają skupieniom siarki w stali jednak próba ta nie jest próbą ilościową a na podstawie zanieczyszczeń można wnioskować o poprzedniej przeróbce plastycznej materiału, o obecności pozostałości jamy usadowej oraz skupień fosforu.

-badania makroskopowe złącz spawanych:

-dzięki tego rodzaju badaniom istnieje możliwość ujawnienia błędów kształtu geometrycznego i wymiarów spoiny, strefy wpływu ciepła, wad budowy spoiny (rozlewy, nawisy, podtopy, wycieki) oraz nieciągłości metalu, spoiny i złącza. Wady mogą być spowodowane niewłaściwą techniką wykonania spoiny lub niewłaściwym składem chemicznym otuliny lub zanieczyszczeń stopiwa.

-badania makroskopowe części po obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej:

-dzięki tego rodzaju badaniom istnieje możliwość określenia rodzaju obróbki cieplnej, wykrycia przegrzania, oceny równomierności grubości warstw zahartowanych, nawęglonych lub odwęglonych powierzchni na przełomach lub szlifach elementów. O ile to możliwe badania wygodniej wykonywać na specjalnie przygotowanych próbkach kontrolnych.

-badania makroskopowe przełomu zmęczeniowego:

-dzięki tego rodzaju badaniom istnieje możliwość określenia obecności lokalnych odkształceń plastycznych a także mikro i makropor. Oglądając powierzchnie złomów zmęczeniowych wyróżnić można rodzaj strefy zmęczeniowej wraz z ogniskiem złomu, strefą linii spoczynkowych, strefą złomu resztkowego, co pozwala na określenie rodzaju naprężeń okresowo zmiennych oraz ich wielkości.

Rys. 1. Złom zmęczeniowy

1- ognisko 2- strefa pęknięcia zmęczeniowego z liniami spoczynku 3- strefa pęknięcia doraźnego

Wygląd złomu zmęczeniowego zależy od rodzaju i wielkości obciążeń zmęczeniowych, jakie spowodowały zniszczenie. Dzięki tej zależności na podstawie obserwacji mikroskopowych złomu można odtworzyć charakter obciążeń oraz ustalić położenie ogniska pęknięcia. O wartości naprężenia zmiennego decyduje wielkość pola powierzchni strefy pęknięcia zmęczeniowego. Im mniejsza jest ta strefa pęknięcia zmęczeniowego w porównaniu ze strefą pęknięcia doraźnego tym większa jest wartość naprężenia zmęczeniowego. Duże pole powierzchni strefy pęknięcia zmęczeniowego (bardziej wygładzonej), świadczy o małym naprężeniu małej prędkości rozprzestrzeniania pęknięcia.

-badania makroskopowe zużytych i zniszczonych materiałów:

-dzięki tego rodzaju badaniom istnieje możliwość określenia stopnia zużycia eksploatacyjnego jakościowego i ilościowego części. Zmiany te dotyczą wymiarów geometrii, masy i składu chemicznego, struktury i stanu naprężeń, obejmując swym zasięgiem przede wszystkim warstwy przypowierzchniowe, a niekiedy całe części. Zużyciem nazywamy trwałe, niepożądane zmiany zachodzące w czasie eksploatacji w sposób ciągły w wyniku, czego okres wykonywanej przez dane urządzenie pracy stopniowo wyczerpuje się. Część nadająca się do dalszej eksploatacji to część uszkodzona natomiast część przeznaczona do kasacji to część zniszczona.

Trwałością nazywamy odporność materiału na zużycie (postępujące niszczenie powierzchni pod działaniem otoczenia, przy stabilności struktury w warunkach pracy elementu). W odróżnieniu od zjawisk wytrzymałościowych powodujących de kohezję, zużycie powoduje uszkodzenie powierzchni i tylko w szczególnych przypadkach w połączeniu ze zmianami struktury może być przyczyną pęknięcia. Wraz z uszkodzeniem powierzchni rośnie jej chropowatość i zmniejszają się wymiary przekrojów elementu, czyli powiększa opory tarcia, stwarza nadmierne luzy i drgania oraz generuje dodatkowe naprężenia. Na trwałość materiału zasadniczy wpływ wywiera stabilność mikrostruktury a także stan naprężeń, geometria powierzchni, właściwości fizykochemiczne (adhezja, adsorpcja) w warstwie wierzchniej. W zależności od zjawiska powodującego zniszczenie wyróżnia się:

-zużycie cierne powodowane tarciem; -zużycie kawitacyjne powodowane kawitacją; -zużycie korozyjne powodowane agresywnym działaniem środowiska.

BADANIA MIKROSKOPOWE 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie: -metod badań metalograficznych mikroskopowych przy użyciu mikroskopów optycznych, -budowy mikroskopów metalograficznych optycznych. 2. Wiadomości teoretyczne POBIERANIE PRÓBEK

Badania mikroskopowe przeprowadzane są w celach oceny: -rodzaju -wielkości -kształtu -rozmieszczenia składników strukturalnych w badanym materiale.

Badania polegają na obserwacji pod mikroskopem gładkich i płaskich powierzchni (zgładów) trawionych w odpowiedni sposób zależny od rodzaju materiału i wykrywanych składników strukturalnych. Badania mikroskopowe przeprowadzane są na małych, odpowiednio wyciętych z większego kawałka materiału próbkach. Wycinanie próbek może odbywać się różnymi sposobami, jednak w taki sposób, aby wycinanie odbywało się bez naruszenia badanej struktury lub usunięcia badanej warstwy powierzchniowej. W przypadku, gdy zachodzi konieczność zachowania nieodkształconej krawędzi próbki i nieuszkodzonej warstwy sąsiadującej z tą krawędzią, należy przed wycięciem próbki pokryć powierzchnię przedmiotu galwaniczną warstwą metalu innego niż badany. Kształt i wymiary próbki maja duży w pływ na jakość wykonania szlifu. Najlepszym okazuje się szlif o powierzchni 1 do 2 cm2 o kształcie kwadratowym lub okrągłym o wysokości 8 do 15mm. Ułatwieniem w wykonaniu szlifu może okazać się sfazowanie krawędzi próbki. INKLUDOWANIE PRÓBEK Inkludowanie próbek przeprowadza się w przypadku, gdy próbki lub badane powierzchnie są na tyle małe, że powstają trudności z przeprowadzeniem operacji ich szlifowania i późniejszego polerowania. Dzięki zainkludowaniu próbek w niskotopliwej substancji niemetalicznej lub stopie metalowym zwiększamy powierzchnie szlifu i wysokość próbki. Małe próbki, o ile to możliwe, można także umieszczać w specjalnych uchwytach wykonanych z dwóch płytek metalowych ściąganych śrubami. Próbkę taką mocuje się w taki sposób, aby powierzchnia polerowana była na jednym poziomie z odpowiednimi powierzchniami zacisku. W celu ochrony krawędzi próbki przed uszkodzeniem oraz polepszenia przylegania do zacisku próbek o nieregularnych kształtach wkłada się cienkie blaszki miedziane między próbkę i płytki zacisku.

Rys.1. Zacisk do inkludowania próbek

1- płytki, 2- śruby, 3- blaszki miedziane, 4- próbka

1

23

4

Obecnie o wiele szersze zastosowanie znalazło inkludowanie próbek w tworzywach sztucznych takich jak epidian.

Rys.2. Schemat inkludowania w masach plastycznych 1- matryca, 2- stempel, 3- płytka, 4- próbka, 5- masa plastyczna, 6- spirala grzałki elektrycznej, P- nacisk

WYKONANIE SZLIFU Wykonanie szlifu przeprowadza się następująco:

1) wyrównanie odpowiedniej powierzchni i szlifowanie zgrubne na papierach o ziarnistości 60 do 800.

-przenosząc szlifowanie próbki z papieru o większej ziarnistości na papier o ziarnistości mniejszej należy próbkę jak i ręce dobrze przepłukać w wodzie

3) polerowanie. Przy polerowaniu można także stosować można także specjalnych past polerskich, którymi pokrywa się powierzchnie tarcz polerskich. Natychmiast po zakończeniu polerowania, szlif powinien być starannie spłukany w silnym strumieniu wody i bardzo szybko osuszony w strumieniu sprężonego powietrza. Jeśli po osuszeniu, powierzchnia szlifu pozostanie matowa lub z zaciekami, należy przepolerować ją ponownie na zwilżonej tarczy.

Rys. Złe wypolerowanie próbki

Po wypolerowaniu, powierzchnia szlifu powinna być zupełnie lustrzana, gładka, bez rys i płaska. Rysy na wypolerowanym szlifie nie powinny być widoczne ani okiem nieuzbrojonym, ani pod mikroskopem.

Rys. Dobre wypolerowanie próbki

Szlif niedobrze wykonany można poprawić tylko przez ponowne szlifowanie i polerowanie. Szlifu nie wolno dotykać palcami, gdyż nie powinien być zatłuszczony. W celu oceny mikrostruktury wytrawiany wcześniej przygotowany zgład w specjalnych odczynnikach (PN-61/H-04503 i PN-75/H-04512):

Odczynniki do trawienia metali

Rodzaj stopu Skład odczynnika Sposób trawienia Zastosowanie

Stopy Fe-C Nital - MilFe

1 - 5cm3HN03+ 100 cm

alkoholu etylowego

Kilka sekund do kilku

minut w zależności od

rodzaju i stopu

Ujawnia granice ziaren i

składniki strukturalne

stopów

Stopy Fe-C Pikral - Mi3Fe 2—5 cm3 kwasu

pikrynowego +100 cm3 alkoholu

etylowego

Kilka sekund do kilku

minut w zależności od

rodzaju stopu

jw.

Stale węglowe i

niskostopowe

Zasadowy pikrynian sodu —

Mi9Fe

25 g NaOH + 2 g kwasu

pikrynowego + 75 g H20

Temp. 60~100°C, kilka

do kilkunastu minut

Zabarwia na brunatny kolor

cementyt i azotki żelaza -

ferryt pozostawia jasny

Stale węglowe i

stopowe do ulepszenia

Mi7Fe

5 cm3 kwasu pikrynowego +

0,5% alkilosulfonianu sodu

(teepol) +100 cm3 H20

Temp. ok. 55°C, czas

traw. 1 - 3 min

Ujawnia granice ziaren

austenitu w stalach

zahartowanych i

odpuszczonych

Stale stopowe

chromowe i

szybkotnące

Mi13Fe

10 g żelazicyjanku potasu +

+ 10 g wodorotlenku potasu +

+ 100 ml H20

W temp. pokojowej

Do stali stopowych

narzędziowych. Trawi

węgliki stopowe. Do stali

18-8. Trawi wysokotempe-

raturowy ferryt

Stopy miedzi Mi20Cu

10g nadsiarczanu amonu

(NH4)2S2O3+

- 20 cm3 NH4OH + - 80 cm3 H20

Temp. 20°C, płukanie

alkoholem


Stopy miedzi Mi19Cu

20 g bezwodnika kwasu

chromowego +

+ 5 cm3 HN08 (1, 4) +

+ 75 cm3 H20

Temp. 20°C, płukanie alkoholem


Stopy miedzi Mi23Cu 100 g nadsiarczanu amonowego +1 dm3 wody

Trawienie na zimno lub w 60°C, płukanie wodą lub alkoholem


Stopy aluminium Mi1Al 0,5 cm3 HF (1,13) + + 99,5 cm3 H20

Temp. 20°C, płukanie wodą lub alkoholem

Ujawnia granice ziaren i fazy międzymetaliczne

Stopy aluminium Mi7Al

1 g NaOH + 100 cm3 H20

Temp. 50°C, czas 5 - 180 s, płukanie 5% HNO3 i wodą lub alkoholem

Ujawnia fazy między-metaliczne w stopach z Cu, Ni

Do cynku Ni35Zn 5 cm3 HN03 (1,4) + + 95 cm3 alkoholu etylowego



Do cyny i stopów Mi38Sn 15 cm3 HNO3 (1,4) + + 95 cm3 alkoholu etylowego


Ujawnia granice ziaren. Wytrawia fazy bogate w Pb

Do ołowiu i stopów Mi42Pb

5 cm3 kwasu octowego lodowatego

+ 95 cm3 alkoholu etylowego


Ujawnia granice ziaren i struktury pierwotnej w stopach z Sb

BADANIA DEFEKTOSKOPOWE PN-EN 1330-1:2001

1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zasadami badań defektoskopowych oraz z ich zastosowaniem w praktyce przemysłowej. 2. Wiadomości teoretyczne Badania defektoskopowe wykorzystywane są do wykrywania wad wewnętrznych, takich jak: pęknięcia, pory, pęcherze, rzadzizny i inne nieciągłości, oraz większych wtrąceń niemetalicznych, bez zniszczenia badanego elementu. Ich zaletą jest możliwość stu procentowej, a nie jak z przypadku metod niszczących tylko wyrywkowej kontroli. Podstawowe badania defektoskopowe to: -wizualne (PN-EN 970:1999/Ap1:2003):

-dzięki tym badaniom możemy ocenić strukturę materiału okiem nieuzbrojonym lub za pomocą lupy o kilkukrotnym powiększeniu w celu orientacyjnego określenia wad procesu technologicznego a więc wad odlewniczych, spawalniczych, przeróbki plastycznej itd.

-ultradźwiękowe (PN-EN 583-1:2001/A1:2006, PN-EN 1330-4:2002): -służą do wykrywania wad materiałów znajdujących się wewnątrz grubych przedmiotów. Metoda ta wykorzystuje rozchodzenie się drgań mechanicznych przy częstotliwości 20000 drgań na sekundę w ośrodkach metalicznych tj. ciekłych, gazowych natomiast próżnia stanowi dla tych fal nieprzebytą barierę. W badaniach tych można zauważyć wpływ właściwości sprężystych i jednorodności struktury materiału na rozchodzenie się fal ultradźwiękowych. -metody ultradźwiękowe znalazły zastosowanie głównie do badań przedmiotów o dużych wymiarach, które nie mogą być prześwietlane promieniami Rentgenowskimi ze względu na swe gabaryty. Metoda nadaje się bardzo dobrze do badań grubości cienkościennych przedmiotów ( np. określenie grubości ścianki butli stalowej wypełnionej sprężonym gazem).

Przebieg drgań mechanicznych przez bez wad Przebieg drgań mechanicznych przez z wadą

(pęknięciem) umiejscowiona wewnątrz przedmiotu

-rozróżniamy 3 rodzaje badań ultradźwiękowych: -metoda echa polega na odbiciu fali padającej na wadę materiałową (pęknięcie, pęcherze powietrza, wtrącenie metaliczne itp. Odbicie następuje od granicy utworzonej przez ośrodek oraz wadę. Wada materiałowa jest obszarem o pewnej oporności falowej różniącej się na ogół znacznie od akustycznej oporności ośrodka. Odbicie fal w badanym ośrodku daje informację o występowaniu nieciągłości (wady). Dużą zaletą tej metody jest możliwość zlokalizowania wady w materiale. W przypadku, gdy znamy czas, jaki upływa od chwili wysłania fali do chwili powrotu fali odbitej od wady oraz prędkość rozchodzenia się fal można określić drogę przebyta przez falę. -metoda cienia polega na wprowadzeniu fal ultradźwiękowych z jednej strony badanego przedmiotu i odebraniu ich z drugiej strony po ich przejściu przez przedmiot przy równoczesnej obserwacji natężenia przechodzących ultradźwięków.

Rys. 2. Schemat metody defektoskopii ultradźwiękowej

Każda nieciągłość na drodze fali ultradźwiękowej odbija ją tworząc za sobą, jak gdyby cień, co powoduje osłabienie fal przechodzących przez obszar z wadą. -metoda rezonansu polega na zjawisku odbicia fal ultradźwiękowych od nieciągłości (wady) jednak w tej metodzie obserwujemy nałożenie się fal padających i odbijających. Naprężenia wywołane falami ultradźwiękowymi biegnącymi z różnych kierunków i spotykającymi się w danym miejscu ośrodka, dodają się do siebie. Gdy ciąg sinusoid padających tak, że maksima tych naprężeń wypadają jednocześnie, mamy do czynienia z rezonansem amplitudy i możliwe jest zaobserwowanie największej amplitudy naprężenia w badanym materiale. Wielokrotne odbicia fal między równoległymi płaszczyznami dają możliwość otrzymania wielokrotnego zwiększenia amplitudy w stosunku do amplitudy fal padających. Rozróżniamy dwie odmiany tej metody rezonansu fali ciągłej oraz rezonansu impulsu.

-radiograficzne (PN-EN 444:1998):

-metoda ta polega na prześwietleniu badanego przedmiotu promieniami Roentgena (X) lub promieniami Y i obserwacji skutków tego prześwietlenia na specjalnej błonie fotograficznej lub ekranie. Uzyskany obraz wykazuje wady materiałowe przedmiotu jedynie w przypadku różnicy natężenia promieniowania po przejściu przez przedmiot w miejscu wadliwym i w miejscu bez wad.

Rys. 2. Zasada rentgenowskich badań absorpcyjnych Wiązka równoległych promieni przenika przez badany przedmiot, na którym zostaje częściowo rozproszona, zaabsorbowana i całkowicie przepuszczona. Po przejściu wiązki przez warstwę o grubości D zmienia się jej natężenie zgodnie z zależnością:

J=Jo*e-μ*D Jo-natężenie promieni Roentgena e- podstawa log. naturalnych p- współczynnik osłabienia (zależy od gęstości mat.)

Rys. 4. Schemat przejścia rentgenowskich przez płytę metalową o grubości D i pęcherz gazowy o grubości d: Io- natężenie promieniowania rentgenowskiego padającego ze źródła, IA- natężenie promieniowania po przejściu przez płytę w miejscu pęcherza gazowego, Io- w miejscu metalu bez wad.

Po wykonaniu odpowiednich badań radiograficznych, na ich podstawie wykonuje się dokumentację, w której umieszczamy oznaczenia oraz wielkość i nasilanie wykrytych wad.

Rys. 4. Wymiary przykładowych wad ustalane w klasyfikacji wadliwości złącza wg PN. Parametr względnej wielkości wady określa się wzorem:

W=h/g*100(%) gdzie: h, g –wymiary jak rys. 5.

Najszersze zastosowanie badania radiograficzne znalazły w wykrywaniu przerw lub wtrąceń obcych w materiale a szczególnie przy badaniu odlewów oraz spoin. Wzorce kontrolne Celem sprawdzenia wykrywalności wad stosuje się w radiografii wzorce kontrolne złożone z pręcików różnej grubości od 0,1 do 4mm. Wzorce są wykonane z aluminium, żelaza, miedzi i stosuje się je w zależności od badanego materiału. Wzorce układa się na przedmiocie prześwietlanym. Wykrywalność tej metody sprawdza się obecnością śladów pręcików na radiogramie, które powinny być widoczne dla pręcików równych 1,5 do 2% grubości badanego przedmiotu.

-magnetyczne (PN-EN ISO 17638:2010): -metoda ta polega na namagnesowaniu w części bądź w całości badanego przedmiotu a następnie wykrywaniu lub mierzeniu pola magnetycznego rozproszenia wykorzystując lokalne zmiany przenikalności w miejscach wad.

Rys. 5. Rozproszenie strumienia magnetycznego w sąsiedztwie pęknięcia powierzchniowego Obserwacja przebiegu linii sił pola magnetycznego w namagnesowanym przedmiocie, którego materiał zawiera niejednorodności lub nieciągłości magnetyczne w wyniku istnienia pęknięć lub wtrąceń materiałów słabo lub w ogóle niemagnetycznych wykazuje, że:

1) największa część linii omija trudne do przezwyciężenia wady i dociera inna drogą 2) reszta linii sił, zazwyczaj niewielka, zostaje już w pewnej odległości od wady, odchylona od początkowego kierunku, zjawisko to określa się jako magnetyczny strumień rozproszenia 3) strumień także ma na danym pęknięciu znacznie większą szerokość niż samo pęknięcie, co ma decydujące znaczenie dla wytrzymałości.

Rys. 7. Zależność wyrazistości wady badanej metodą magnetyczną od ukierunkowania wady względem pola magnetycznego. -prądów wirowych (PN-EN ISO 12718:2008):

-metoda ta polega na wykrywaniu różnic fizycznych własności materiałów badanych za pomocą zmiennego pola magnetycznego. W praktyce badany element o określonych wymiarach, wykonany z materiału o danej przewodności właściwej (elektrycznej) i przenikalności magnetycznej wprowadza się zmienne pole magnetyczne cewki zasilanej prądem zmiennym. Pod wpływem tego pola w elemencie indukują się prądy wirowe, które wytwarzają własne pole, skierowane zgodnie z reguła Lenza, przeciwnie do pola cewki. W rezultacie powstaje pole wypadkowe. W zależności od rodzaju cewek rozróżniamy dwie metody:

-Metoda cewki stykowej

Rys. 8. Schematyczne przedstawienie metody cewki stykowej Ho-pole pierwotne wytwarzanie przez cewkę Hs- pole wtórne wytwarzane przez prądy wirowe - Metoda cewki przelotowej

Rys. 9. schematyczne przedstawienie cewki przelotowej Ho- pole pierwotne wytwarzane przez cewkę Hs- pole wtórne wytwarzane przez prądy wirowe

W badanym elemencie umieszczonym w cewce, indukują się prądy wirowe, których rozkład zostaje zakłócony w przypadku pojawienia się wady o charakterze nieciągłości materiału. Obecność takiej wady zmniejsza czynny przekrój dla przepływu prądów wirowych, dając w przybliżeniu efekt taki jak, zmniejszenie się przewodności właściwej w całym przekroju elementu. Charakterystyczne dla rozkładu prądów wirowych jest to, że ich natężenia, największe na powierzchni elementu, zmniejsza się w miarę posuwania się w głąb i spada do zera w jego środku.

Zastosowanie badań magnetycznych

Metody magnetyczne służą do wykrywania pęknięć lub skupienia wytrąceń na powierzchni, względnie płytko pod powierzchnią przedmiotu badanego (np. pręty, rury). Do badań magnetycznych nadają się tylko części wykonane z materiałów ferromagnetycznych.

-penetracyjne (PN-EN ISO 23277:2010): Wykrywanie wad metodami penetracyjnymi polega na wnikaniu cieczy w otwarte wady powierzchniowe na zasadzie naczyń włoskowatych. Stąd metodę tę nazywa się wnikaniem lub nasiąkaniem. Ciecze stosowane w tej metodzie składają się z cieczy penetracyjnej, której zadaniem jest wnikanie w szczeliny powierzchniowe oraz tzw. szczeliny wywoływane, który ma wyciągnąć penetrator ze szczelin. Metody penetracji powierzchniowej można podzielić na dwie grupy:

- metody kontrastowe (barwne) W metodzie barwnej penetrant ma zwykle barwę czerwoną, wywoływacz białą, co daje na ogół najlepszy kontrast.

- metody fluorescencyjne W metodzie fluorescencyjnej ciecz penetrująca zawiera zawiesinę substancji fluoryzującej, która oświetlona światłem ultrafioletowym – świeci. Zasadą postępowania przy tej metodzie pokazano poniżej.

Rys. 10. Zasady metody penetracyjnej Zastosowanie badań penetracyjnych

Metoda ta służy przede wszystkim do wykrywania pęknięć i wad powierzchniowych, jest to metoda o dużej dokładności, możemy dzięki niej wykryć pęknięcia o wielkości rzędu 0,005 mm. Metodę tą możemy również stosować do wykrywania wad powłok (np.: galwanicznych, lakierniczych nanoszonych na powierzchnię).

3. Zadania do wykonania:

Badania makroskopowe:

-wykonać szlify makroskopowe na papierach ściernych -zbadać rozmieszczenie zanieczyszczeń fosforem -dokonać obserwacji eksponatów próbek wytrawionych odczynnikiem Oberhoffera -zapoznać się z oceną jakości spoiny -określić na wskazanych próbkach rodzaj złomu, wskazać ognisko, strefę pęknięcia doraźnego

-na podstawie wyglądu złomu zmęczeniowego odtworzyć charakter obciążeń oraz ustalić położenie ogniska pęknięcia -dla wskazanych elementów maszyn określić rodzaj zużycia oraz przyczynę zniszczenia -podać technologię wykonania na podstawie obserwacji szlifu materiału np. trzpienia z łbem.

-wyciągnięcie wniosków na podstawie dokonanych badań.

Badania mikroskopowe:

-wykonanie zadań wskazanych przez prowadzącego -przygotowanie próbek do badań mikroskopowych -obserwacja szlifów przed i po wytrawieniu -wykonanie rysunków mikrostruktur przed i po trawieniu -obserwacja wybranych struktur na mikroskopie -wyciągnięcie wniosków na podstawie dokonanych badań.

Badania defektoskopowe:

Badania radiologiczne: -opierając się na wskazówkach prowadzącego dokonać obserwacji na ekranie podświetlonym przykładowych błon rentgenograficznych - wykonać szlic obrazów -zaznaczyć i scharakteryzować występujące na nich wady - wyciągnięcie wniosków na podstawie dokonanych badań.

Przedmioty obserwacji:

Rys. Łopatka wentylatora Rys. Spoina

Badania ultradźwiękowe:

-wykonać szkice próbki prostopadłościennej z zaznaczonymi wadami oraz szkice

obrazów na oscyloskopie w poszczególnych obszarach badań

-z obrazu oscyloskopowego wyznaczyć położenie wad

- wyniki porównać z rzeczywistym umiejscowieniem wad w przedmiocie

Przedmiot badany

Przebieg oscyloskopowy dla materiału bez wad Przebieg oscyloskopowy dla materiału z wadą

4. Wyposażenie stanowiska:

Badania makroskopowe:

-szlifierka -komplet papierów ściernych -zestaw odczynników do trawienia makro

-próbki materiału odlanego, elementy po przeróbce plastycznej, elementy ze stali zgrzewanej, próbki spoin, koła zębate hartowane powierzchniowo i nawęglane, fragmenty elementów które uległy zniszczeniu powierzchniowemu.

Badania mikroskopowe: -mały mikroskop metalograficzny szkolny produkcji PZO z załączonymi dwoma obiektywami powiększającym 10 i 40 razy oraz trzema okularami powiększającym 10 i 15 razy -komplet papierów ściernych do wykonywania szlifów - szlifierka mechaniczna -polerka mechaniczna -szereg odczynników do trawienia

Badania defektoskopowe: -błony rentgenograficzne -ekran do podświetlania błon rentgenograficznych -urządzenie ultradźwiękowe z echosondą nadawczo-odbiorczą 5. Sprawozdanie powinno zawierać:

1. Cel ćwiczenia. 2. Wstęp teoretyczny 3. Rysunki struktur wraz z opisem wg schematu:

- Materiał - Struktura - Trawienie - Powiększenie

5. Opisy działania urządzeń i sposoby odczytu wyników 4. Wnioski i uwagi

Przykład sposobu przygotowywania opisów oglądanych struktur:

Rys. 1. Żeliwo sferoidalne Struktura: podłoże perlit + grafit sferoidalny Trawiono: Mi1Fe Powiększenie: 200x

Literatura

1. Wykład „Nauka o Materiałach”. 2. K. Przybyłowicz „Metaloznawstwo”, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 1992 3. L. Dobrzański „Metaloznawstwo i obróbka cieplna”, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1997 UWAGA:

Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia student zobowiązany jest zapoznać się z przepisami BHP

Badania mikro, makro i defektoskopowe.

Documents

Transcript of Badania mikro, makro i defektoskopowe.