Структура матеріалів, що спостерігається неозброєним оком або за невеликих збільшеннях, називається
Макроаналіз проводять шляхом вивчення:
- зовнішніх поверхонь заготовок та деталей.
Зовнішні або поверхневі макродефекти розташовані безпосередньо на поверхні виробів і виявляються неозброєним оком або за допомогою лупи. До них відносяться:
- подовжні і поперечні тріщини.Представляють собою розриви металу, що виникають при нерівномірному різкому нагріванні або охолодженні злитків, в процесі загартування сталевих виробів;
- неметалеві включення.Є несплошності металу у вигляді включень оксидів, сульфідів, силікатів і є вогнищами, що ініціюють в'язке руйнування алюмінієвих і сталевих деталей;
- волосовини,рис.4,(утворюються при обробці литого металу тиском за рахунок витягування окислених і тому не заварюються газових бульбашок у тонкі тріщини, розташовані в напрямку деформування);
- пригар(важковіддільна кірка із суміші металів, формувального піску та шлаку);
- тріщини та непровару зварних виробах.
Рис.1 Тріщини Рис.2 Раковини
Рис.3 Неметалічні включення Рис.4 Волосовини
Дефектами пластично деформованого металу єнадриви(обумовлені занадто великим ступенем деформації),окаліна(шар окисленого металу).
Внутрішні дефекти виявляються щодо зламів і макрошлифов.Злам – це поверхня, що утворилася внаслідок руйнування металу. Злами вивчає наука фрактографія. Аналіз зламів відіграє важливу роль при оцінці причин та динаміки руйнування металевих деталей, вузлів, що нерідко призводить доаварій. Основними причинами, що сприяють виникненню зламів, є: дефекти будови металів та сплавів; перевищення експлуатаційних навантажень, які діють деталь; порушення технології виготовлення деталей; відхилення її розмірів та форми від технічних умов; наявність концентраторів напруг.
Колір зламу може бути різним – у сталей та білих чавунів він світло-сірий, у сірих чавунів та графітизованих сталей він чорний. Залежно від складу, будови сплаву, наявності дефектів, умов обробки та експлуатації злами можуть бути:
В'язкими - утворюються при одноразовому статичному або динамічному навантаженні, яке спочатку викликає пластичну деформацію, а потім - руйнування. Поверхня зламу має матовий колір та волокнисту будову. Форма та розмір зерен при цьому сильно спотворюються. Для в'язкої руйнації характерна також ямкова («чашечна») будова. На рис.5 показаний ескіз поверхні зламу деталі, де представлено картину значних пластичних деформацій, що виникають у місці зламу при руйнуванні деталі. На рис.6 представлена фотографія, що ілюструє волокнистість та чашкову будову поверхні зламу.
Рис.5 В'язкий злам (ескіз) Рис.6 В'язкий злам (фото)
Крихкими - утворюються при одноразовому статичному або динамічному навантаженні без помітної пластичної деформації, рис.7. Поверхня зламу має кристалічну будову та характерний металевий блиск. Робота розвитку тріщини при тендітному руйнуванні мала, а швидкість поширення тріщини дуже велика. Зазвичай, у крихкому зламі можна бачити форму і розмір зерен металу, тому що злам відбувається без значної пластичної деформації та зерна при руйнуванні металу не спотворюються. При цьому злам може відбуватися як закордонів зерен (міжкристалічний), так і по зернах металу ((транскристалічний). Прикладом є каменеподібний злам металу при перегріві, коли тріщини зерен збагачуються домішками і тим самим хрущуються, рис.8).
Розрізняють й інші види тендітних зламів - ручний, шиферний, форфороподібний та ін Зазвичай злами мають змішаний характер.
Мал.7 Крихкий злам (ескіз) Мал.8 Крихкий злам (фото)
Втомні злами виникають в результаті руйнування металу під впливом циклічних (знакозмінних) навантажень. Злам має ряд характерних зон:
- осередок руйнування- невелика зона, що містить фокус зламу, - місце локальної концентрації напруги, де виникла зародкова мікротріщина втоми і звідки починається її розвиток, рис.9, поз.1. Ця зона плоска та гладка, розташовується на поверхні деталі або поблизу неї. Осередок втомного руйнування не завжди вдається виявити неозброєним оком.
- зона втоми -зона поступового розвитку тріщини втоми, формується при послідовному просуванні тріщини втоми. У цій зоні видно характерні борозенки (лінії втоми), що мають конфігурацію кілець, що свідчить про стрибкоподібне просування фронту втоми тріщини, рис.9, поз.2. Напрямок просування вказують струмки.
- зона доломаутворюється на останній стадії втомного руйнування, коли в робочому перерізі напруги, що зменшується, зростають настільки, що викликають практично миттєве руйнування, рис.9, поз.3.
 |
Рис.9 Втомний злам (схема) Рис.10 втомний злам (фото)
Іншим методом макроаналізу є вивчення будови металевих матеріалів наспеціальних зразках – макрошліфах.Макрошліф – це зразок з плоскою шліфованою та протруєною поверхнею, вирізаний з досліджуваної ділянки деталі або заготовки. Для його приготування одну з плоских поверхонь вирізаного зразка рівні напилком або на плоскошліфувальному верстаті. Потім зразок шліфують вручну або на спеціальних верстатах шкірками різної зернистості, здійснюючи зворотно-поступальний рух і переходячи послідовно від великого зерна шліфувальної шкурки до дрібнішого. Зразок під час переходу повертається на 90 0 . Обробку проводять до зникнення рисок попередньої стадії шліфування. Зразок промивають водою, просушують і піддають глибокому або поверхневому травленню, занурюючи його в спеціальний реактив - травник, витримуючи зразок у ньому за певним режимом. Протруєний макрошліф промивають водою, обробляють спиртом, висушують фільтрувальним папером.
Поверхневе травлення, яке проводиться менш агресивними травниками, дозволяє:
- Виявити в сплавахліквацію(хімічну неоднорідність сплаву, що виникає при його виробництві);
- спостерігати дендритну будову литих сплавів і волокнистість, характерну для будови деформованих сплавів;
- встановити спосіб виготовлення деталей обробкою тиском чи різанням;
- виявити дефекти та присутність неметалевих включень;
- оцінити якість зварних з'єднань;
- виявити структурну (що виникла внаслідок термічної обробки) або хімічну (що виникла внаслідок хіміко-термічної обробки чи наплавлення) неоднорідність сплавів та готових виробів.
Позиція б: під час виготовлення болта точенням, волокна розташовуються паралельно.
Рис.11 Макрошліфи болтів
Тому, у місці переходу від одного діаметра до іншого з'являться концентратори напруги, які знижують міцність болта.