Новые конструкционные материалы. Спецматериаловедение: Лабораторный практикум, страница 6

Рисунок 5. Шлифовочные трещины

Изучение излома (фрактография) конструкционных материалов позволяет установить особенности строения (форму и размер зерна) и определить поведение материала при разрушении. В зависимости от качества материала, режима термической обработки и условий эксплуатации изделия могут разрушаться хрупко или вязко. По этому признаку различают изломы (рисунок 6 а, б, в):

1) кристаллический;

2) волокнистый;

3) смешанный.

Рисунок 6. Изломы стали а – кристаллический (хрупкий); б – волокнистый (вязкий); в – смешанный

Изучение поверхности макрошлифов конструкционных материалов после шлифования и травления позволяет определить:

1) строение литых материалов (форму и расположение зерен и дендритов-древовидных кристаллов) (рисунок 7 а, б);

а	б
Рисунок 7. Строение литого материала
а – схема расположения дендритов; б – строение слитка спокойной стали: 1 – мелкие разориентированные зерна; 2 – столбчатые или древовидные зерна;   3 – неориентированные, крупные равноосные зерна; 4 – газовые раковины;        5 – усадочная раковина.

Строение слитка

При кристаллизации из жидкого состояния первостепенное значение имеют:

– скорость и направление отвода тепла;

– наличие нерастворимых частиц;

– конвекционные токи жидкости.

В направление отвода тепла кристалл растет быстрее.

Структура слитка состоит из трех зон:

1 зона – наружная мелкозернистая корка, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов – дендритов. При соприкосновении с изложницей возникает резкий градиент температур – в результате образуется большое количество центров кристаллизации.

2 зона – зона столбчатых кристаллов. Условия теплоотвода меняются, уменьшается степень переохлаждения стали. Кристаллы растут в направлении отвода тепла. В этой зоне металл более плотный, он содержит меньше раковин и газовых пузырей. Однако места стыка обладают малой прочностью.

3 зона – зона равноосных кристаллов. В центре слитка нет определенной направленности отдачи тепла. Температура застывающего кристалла почти уравнивается. В результате образуется равновесная структура.

Жидкий металл имеет больший объем, чем закристаллизовавшийся. Поэтому в процессе кристаллизации образуются пустоты – усадочные раковины.

Спокойная сталь содержит усадочные раковины в верхней части.

Кипящая – во всем объеме.

2) дефекты, нарушающие сплошность материала (усадочную раковину, рыхлость, поры, газовые пузыри и пустоты, трещины и т.д.);