8

LUCRAREA NR. 2

CERCETAREA MACROSCOPICĂ

1.1. SCOPUL LUCRĂRII

Lucrarea oferă studenţilor posibilitatea de a cunoaşte câteva metode de cercetare macroscopică, în scopul de a obţine rapid informaţii cu privire la defectele şi felul materialelor metalice, omogenitatea şi granulaţia lor, dacă au suferit sau nu tratamente termice sau termochimice, etc. 1.2. CONSIDERAŢII TEORETICE Cercetarea macroscopică constă în examinarea suprafeţei de studiu cu ochiul liber sau cu o lupă care măreşte de maximum 50 de ori. Cercetarea macroscopică se poate efectua: -pe suprafeţe nepregătite (cercetarea rupturilor, a suprafeţelor de solidificare); -pe suprafeţe pregătite, probele numindu-se macroşlifuri (determinarea eterogenităţilor, cercetarea incluziunilor nemetalice, a sudurilor, etc.). Pregătirea macroşlifurilor constă în: -prelevarea probei - extragerea unei cantități de material în vederea studiului. -pregătirea suprafeţei de studiat - constă într-o şlefuire fină după care se atacă suprafața cu reactivi puternici care pot fi de atac direct (atacă sau colorează diferit suprafaţa pregătită) sau reactivi de aplicaţie, cu care se îmbibă o hârtie fotografică (Aceasta se aplică pe suprafaţa probei şi se colorează diferit, în urma reacţiilor ce au loc în timpul contactului cu suprafaţa pregătită a acesteia) -developarea structurii – cu ajutorul unor reactivi se scot în evidență zonele care trebuie vizualizate.

1.2.1. Cercetarea macroscopică pe suprafeţe nepregătite

Cercetarea macroscopică pe suprafeţe nepregătite se referă la:

- examinarea rupturilor; - examinarea suprafeţelor de solidificare.

a) Examinarea rupturilor furnizează date cu privire la natura materialului, fineţea structurii, cauzele ruperii, etc. După aspectul ruperii se poate stabili forma şi mărimea grăunţilor cristalini şi se pot obţine date privind prelucrările şi tratamentele termice aplicate anterior. După aspectul şi forma casurii (suprafaţa de separare) se pot trage concluzii asupra felului ruperii şi asupra naturii solicitărilor care au produs ruperea. Ruperea poate fi: - transcristalină (la rece), aspectul casurii fiind lucios, cu feţe plane regulate; - intercristalină (la cald); - fragilă, când intervine fără ca materialul să sufere deformări importante (cazul fontelor); - tenace, când intervine după ce materialul s-a deformat considerabil; - ruperea la oboseală când intervine în urma unor solicitări de valori scăzute repetate.

9

Fig. 1.1. Rupere fragilă

Fig. 1.2. Rupere tenace

Piesa ruptă la oboseală prezintă o casură caracteristică (fig.1.2): o suprafaţă netedă de culoare închisă, corespunzătoare propagării fisurilor în timp, şi una rugoasă cu luciu metalic, de rupere statică.

Fig.1.3. Rupere la oboseală

b) Examinarea suprafeţelor de solidificare permite observarea elementelor formative ale structurii metalelor în urma turnării și solidificării acestora. 1.2.2. Cercetarea macroscopică pe suprafeţe pregătite

Examinarea macroscopică pe suprafeţe pregătite pune în evidenţă:

10

eterogenităţi de ordin chimic (segregaţii); - eterogenităţi de ordin mecanic:- linii de curgere; - structură fibroasă; - suprapuneri de material; - crăpături; - eterogenităţi de ordin cristalin; - incluziuni, porozităţi, goluri.

Eterogenităţile de ordin chimic constau în îmbogăţirea unor zone din material în carbon, fosfor, sulf, etc. Aceste neomogenităţi apărute în timpul procesului de cristalizare se numesc segregaţii. Eterogenităţile de ordin mecanic pot consta în linii de curgere, structură fibroasă, suprapuneri de material, crăpături. Structura fibroasă a materialelor metalice apare în urma proceselor de deformare plastică. În timpul acestor procese incluziunile nemetalice se aliniază în şiruri, la limita grăunţilor cristalini alungiţi. În urma recristalizării, grăunţii devin echiaxiali, iar incluziunile, distribuite în şiruri formează fibrajul materialului. Eterogenităţile de ordin cristalin apar în procesul cristalizării primare şi sunt reprezentate de structura dendritică a materialului. Incluziunile de corpuri străine, porozităţile şi golurile se pun în evidenţă cu reactivi de atac profund, aceştia fiind soluţii concentrate de acizi, care atacă puternic suprafaţa studiată, acţiunea lor fiind mai pronunţată în locurile cu pori, crăpături, tensiuni interne, segregaţii. În acest fel, fulgii sau fisurile interioare apar sub forma unor discontinuităţi fine şi scurte, orientate în diferite direcţii. Porozitatea se referă la găurile rezultate la sinterizarea metalului sau a pulberii ceramice. Golurile sunt, în general aerul prins în masa metalului și sunt comune la piesele turnate.

Fig. 1.4. Porozitatea în cupru

Fig. 1.5. Golurile (culoare neagră) datorate captării aerului într-un material compozit

Incluziunile sunt particule străine care contaminează suprafaţa metalică în timpul formării aliajelor, prin includerea de particule comune, cum ar fi oxizi, sulfuri sau silicaţi. Incluziunle pot fi caracterizate prin formă, mărime şi distribuţie.

11

Fig. 1.6. Incluziuni de oxizi in oţel

Defecte de suprafaţă, cum ar fi fisurile pot duce la eşecul unui material.

Metalografia este adesea utilizată în analiza eşecul de a determina de ce un material a cedat.

Fig. 1.7. Fisura în oţel inoxidabil

1.3. MODUL DE LUCRU

Se vor examina piesele din colecţia laboratorului, observându-se structura lor macroscopică. Se vor pregăti macroşlifuri şi se va efectua practic amprenta Baumann astfel: - o hârtie fotografică slab sensibilă se introduce într-un vas cu o soluţie (2...5)% H2SO4,

timp de 2...4 minute. - pe partea sensibilă a hârtiei fotografice se aşează suprafaţa pregătită a macroşlifului, apăsând uşor. Timpul de contact este de 3 minute. În acest timp se produc reacţiile: FeS+H2SO4⇒FeSO4+H2S

MnS+H2SO4⇒MnSO4+H2S

2AgBr+H2S⇒2HBr+Ag2S - hârtia fotografică se spală cu alcool. - sulfura de argint, ce rezultă în final, va apare sub forma unor puncte brun-închise. 1.4. REZULTATE

Referatul lucrării va conţine: -partea teoretică: consideraţii privind cercetarea macroscopică; -partea practică: modul de pregătire a macroşlifurilor, modul de lucru pentru obţinerea amprentei Baumann, desene şi schiţe ale pieselor cu diferite defecte studiate în laborator; amprenta Baumann pe hartie fotografică.