новая папка 1 / 236027

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлургии

Изучение технологии подготовки проб чугунов и сталей для металлографического и спектрального анализа

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам

по дисциплинам: «Теория и технология производства стали» и «Разливка стали и кристаллизация слитка»

А.Н. РОГОТОВСКИЙ А.А. ШИПЕЛЬНИКОВ Т.В. КРАВЧЕНКО

Липецк Липецкий государственный технический университет

2013

УДК 669.1 (07) Р 598

Рецензент: - д-р техн. наук, проф. В.П. Хайдуков

Роготовский, А.Н.

Р598 Изучение технологии подготовки проб чугунов и сталей для металлографического и спектрального анализа [Текст]: методические указания к лабораторным работам по дисциплинам: «Теория и технология производства стали» и «Разливка стали и кристаллизации слитка» / сост. А.Н. Роготовский,

А.А. Шипельников, Т.В. Кравченко. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. – 18 с.

Рассмотрены основные операции и оборудование для подготовки проб чугунов и сталей для дальнейшего исследования микроструктуры и химического состава сплавов. Главное внимание уделено порядку отбора и подготовки проб, а также последовательности использования специального оборудования лабораторий.

Предназначены для студентов 4 курса металлургического института, специальности 150101.62 «Металлургия чёрных металлов» и направления 150400 «Металлургия», изучающих дисциплину «Разливка стали и кристаллизация слитка».

Табл. 1. Ил. 8. Библиогр.: 3 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2013

Содержание

Стр.

1.Цель работы……………………………………………………..…………..…….4

2.Общие требования техники безопасности в процессе пробоподготовки сплавов………………………………………………………………………………..4

3.Порядок проведения работы……………………………………………….….…5

4.Содержание отчета………………………………………………………….….…5

5.Общие сведения об отборе проб и подготовке металлографических образцов из чугунов и сталей………………………………………………........5

6.Состав и назначения основного оборудования для подготовки шлифов……11

7.Вопросы для самопроверки……………………………………………………..17 Библиографический список……………………………………………….……….17

1. Цель работы

Целью работы является ознакомление с технологией и выработка практических навыков подготовки проб чугунов и сталей для металлографического и спектрального анализа.

2. Общие требования техники безопасности в процессе пробоподготовки сплавов

Во время пробоподготовки могут возникать различного рода опасности, поэтому необходимо соблюдать следующее:

—перед установкой абразивного круга проверить соответствие максимально допустимой окружной скорости при максимальном числе оборотов шпинделя;

—проверить устанавливаемый абразивный круг на отсутствие трещины по его звучанию;

—перед включением заточных станков и отрезной машины опустить защитное приспособление;

—перед началом резки абразивным отрезным кругом прочно зажать

образец;

—при шлифовании отдельных образцов высокооборотным шлифовальным кругом использовать механическое зажимное устройство;

—тщательно удалять заусенцы со шлифованного образца;

—беречь и ухаживать за высоконагруженными и подверженными износу деталями машин и приборов в соответствии с инструкциями изготовителей (смазка валов и подшипников, смена масла редуктора, замена подшипников);

—использовать индивидуальные средства защиты при работе с электролитами, травильными растворами, растворителями;

—не допускать повышения концентрации паров при травлении растворами перхлорной кислоты в результате их испарения;

—избегать контакта с электрополировальными приборами при постоянном напряжении более 60 В.

3. Порядок проведения работы

По указанию преподавателя и с применением средств индивидуальной защиты (СИЗ): очки, наушники, лепестковый респиратор, резиновые перчатки при операции травления осуществить следующие операции:

1)отрезать образец от металлической заготовки;

2)в случае необходимости произвести грубую шлифовку (обдирку) поверхности вырезанного образца;

3)отшлифовать вырезанный образец;

4)отполировать вырезанный образец;

5)пользуясь данными табл. 1, протравить шлиф реактивом.

4. Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Краткое описание приготовления микрошлифа (на примере сделанного во время лабораторной работы).

3.Основные операции пробоподготовки.

4.Вывод по работе.

5.Общие сведения об отборе проб и подготовке металлографических

образцов из чугунов и сталей

Отбор проб, их подготовка для металлографического анализа, а также методы определения типа структуры чугуна в отливках (в том числе, и

доменном чушковом чугуне) и литых заготовках в РФ оговариваются в ГОСТ 3443-87 «Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры».

Структуру чугуна определяют по графиту и металлической основе. При определении графита оценке подлежат: форма, распределение, размеры,

количество включений графита. При определении металлической основы оценке подлежат: вид структуры, форма перлита, содержание перлита (или феррита), дисперсность перлита, строение, распределение, размеры ячеек сетки

иплощадь включений фосфидной эвтектики, количество и размеры включений цементита (или цементита ледебурита).

Отбор проб и изготовление образцов. Образцы для приготовления шлифов для исследования структуры вырезаются из отливок приливных или специально отлитых проб, а также из литых заготовок, применяемых для изготовления образцов для механических испытаний. Не допускается применять образцы, вырезанные из стояка, выпора или прибыли – элементов литниково-питающей системы отливок и заготовок в форме. Допускается подготовка шлифа на рабочей поверхности отливки без вырезки специального образца. Отбор образцов и изготовление шлифов для определения структуры проводят таким образом, чтобы не нарушать в них структуру чугуна. Если в технических условиях на отливку указана термическая обработка, то образцы для анализа структуры отбирают после термической обработки. Специально отлитые заготовки, приливы или пробы для образцов подвергают термической обработке вместе с отливкой.

Конкретный порядок отбора и количество образцов из партии отливок для определения структуры, а также требования по структуре чугуна указываются в технических условиях на отливку. При вырезке образцов из отливки следует учитывать неоднородность структуры чугуна в зависимости от толщины стенки

идлины отливки. Образцы отбирают таких размеров и сечений, чтобы они давали полное представление о структуре отливок. Например, для толстостенных отливок образец должен быть площадью не менее 3 см2, но не более 9 см2, для тонкостенных отливок площадь шлифа не менее 0,2 см2. Для мелких деталей (например, поршневые кольца, тонкостенные отливки рабочих колес насосов) допускаются шлифы меньших размеров. Высота шлифа не должна быть более 15-20 мм.

Место вырезки образцов из отливки должно быть определено на чертеже.

При определении структуры на образцах, вырезанных из приливов к отливкам, или отдельно отлитых проб необходимо, чтобы толщина стенки и условия кристаллизации прилива (или пробы) и отливки были одинаковыми. При определении структуры непосредственно на рабочей поверхности отливки шлиф изготавливают на глубине, равной припуску на механическую обработку.

Допускается также изготовление шлифа после механической обработки отливки.

Проведение исследований структуры. Поверхность шлифа должна быть зеркальной, без рисок от операций шлифования и полирования, окислов и других загрязнений. Исследование графита проводят на нетравленном шлифе,

а металлической основы – на шлифе после травления.

Для травления поверхности шлифа применяют реактивы, приведенные в табл. 1. Для определения структуры чугуна шлифы просматривают под микроскопом при увеличениях, указанных на эталонных шкалах при увеличении в 100 раз. Тип основы и дисперсность перлита определяется методом сравнения изображения с эталонным при увеличении в 500 раз. Для оценки структуры выбирают участки шлифа, расположенные от его края на расстоянии не менее 1/3 или 1/4 толщины или диаметра образца.

Оценка структуры чугуна проводится визуально сопоставлением структуры, видимой в микроскопе, со структурой эталона соответствующей шкалы, ГОСТ 3443 - 87.

Таблица 1 Состав, концентрация и назначение основных реактивов для травления

структуры чугунов и углеродистых сталей

* допускается применение водного раствора, однако следует учесть, что он более химически агрессивен

Примеры записи результатов определения структуры. Структура чугуна с равномерно распределенным пластинчатым графитом прямолинейной формы длиной 60-120 мкм; металлическая основа: перлит пластинчатый в количестве от 30 до 60% с межпластинчатым расстоянием 0,5 мкм; фосфидная эвтектика тройная, игольчатого строения в виде отдельных включений:

ПГф1 -ПГр1-ПГд90-Пт1-П45-Пд0,5-ФЭ3-ФЭр1.

Структура чугуна с шаровидным графитом правильной формы диаметром от 30 до 60 мкм; металлическая основа: 60% пластинчатого перлита и зернистый перлит:

ШГф5-ШГд45-Пт1-П70-Пт2.

Структура ковкого чугуна с включениями графита компактной формы диаметром 40-50 мкм; металлическая основа: 60% пластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием 0,8 мкм, 40% феррита:

КГф3-КГд45-Пт1-П70-Ф30-Пд1,0.

Структура чугуна с вермикулярным графитом утолщенной формы,

неравномерно распределенного, количество вермикулярного графита 85%; металлическая основа: 80% феррита:

ВГф3-ВГр2-ВГ85-Ф80.

Отбор проб, их подготовка для металлографического анализа, а также методы определения типа структуры углеродистых и легированных сталей в металлопродукции на территории РФ оговариваются рядом стандартов, в зависимости от вида металлопродукции: прутки, листы и ленты, трубы и т.п. Например, ГОСТ 5640-68 «Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты» - описывает порядок отбора и подготовки проб из различных марок углеродистой конструкционной стали в форме листов и ленты (и не приемлем для таких профилей как квадрат, круг), что актуально для металлургических комбинатов, выпускающих продукцию в форме листовой стали (ОАО «НЛМК», ОАО «Северсталь» и т.п.).

Структуру стали оценивают после травления при увеличении обычно в 100 раз (в отдельных случаях – до 500 раз). При металлографических исследованиях структуры углеродистой стали анализируют количество и дисперсность перлита, троостита, бейнита, сорбита; количество и вид феррита и цементита, количество и вид неметаллических включений, а также степень развитости видманштетовой структуры после термической обработки.

Отбор проб и изготовление образцов. Оценка микроструктуры производится на микрошлифах размером 30х40 мм. Образцы для микрошлифов должны вырезаться холодным механическим способом так, чтобы их плоскость совпадала с направлением волокон (образцы должны быть продольными).

Место вырезки и количество образцов от партии должны быть оговорены соответствующими стандартами и техническими условиями.

Способ изготовления микрошлифов не регламентируется. Для удаления наклепанного от механической обработки слоя применяют повторную полировку.

Метод определения микроструктуры. Травление образцов производят,

как правило, в 4%-м растворе азотной кислоты в спирте. При выявлении структурно-свободного цементита время травления образцов подбирается опытным путем так, чтобы четко выявились только частицы цементита, а границы зерен могут быть выявлены слабо (для структуры шлифов из