LUCRAREA DE LABORATOR NR. 1.

ANALIZA MACROSCOPICĂ A MATERIALELOR METALICE

A. Noțiuni introductive

 Prin studiul microscopic al metalelor sau aliajelor se întelege studiul efectuat cu ochiul liber sau cu lupe simple (marire maxim 50:1) al aspectului. exterior al pieselor, suprafetelor de rupere sau al  unor sectiuni  special  pregatite si  atacate,   în scopul  de a obtine  informatii  cu privire la felul materialului, granulatia sa, tratamente termice suferite sau pentru punerea în evidenta a eventualelor defecte.

            Examinarea microscopica este prima etapa în cercetarea structurii si caracteristicilor unei piese   metelice   fiind   urmata   de   obicei   de   alte   analize   (microscopice,   chimice,   încercari mecanice). În funcție de starea suprafeței studiate, analiza macroscopica poate fi:

1. analiza macroscopica pe suprafețe nepregatite de turnare de condensare de depunere electrolitică

2. pregatite prin metoda atacului cu acizi minerali puternici atacul cu saruri de cupru amprentei Baumann (la produsele siderurgice)

3. analiza macroscopica pe suprafețe de rupere: cu fisurare fragilă rapidă ductilă

B. Analiza suprafețelor nepregătite

Analiza macrografica pe suprafețe nepregătite, așa cum rezultă din turnare, condensare sau   depunere   elecrolitica,   relevă   creșterea   preferențială,   pe   unele   plane   cristalografice   a cristalelor, care capata o forma dendritica.

În fig.1 se observa dendrite pe suprafețele solidificate ale plumbului. 

C. Analiza macrofractografică suprafeţelor de rupere cu fisurare rapidă

Ruperea cu fisurare rapidă se poate clasifica dupa deormația plastic ce o precede:

-ruperea fragilă, care nu se precede de deformații plastic vizibile (macroscopice);

-ruperea ductilă, care este precedată de deformații plastic vizibile;

Ruprea fragilă, la analiza macrofractometrică, are un aspect cristalin-stralucitor, iar ruperea ductilă se caracterizează printr-un aspect mat-fibros, așa cum este reprezentat în fig.2, respectiv, în fig.3

D. Structura şi defectele de solidificare 

În casura unui lingou se poate urmări structura acestuia. Se disting trei zone cu granulaţie diferenţiată: zona exterioară cu granulaţie fină, zona columnară dendritică  şi zona central cu grăunţi echiaxiali mari. Extinderea acestor zone depinde de compoziţia chimică şi condiţiile deturnare. Astfel, structura echiaxială cu bune proprietăţi de deformare este favorizată de present a impurităţilor, viteze lente de răcire, agitarea topiturii (fig. 4).

Fig.4. Secțiunea transversală printr-un lingou

a-zona grăunților echiaxiali fini (crustă); b-zona grăunților columnari(regiune columnară); c- zona grăunților echiaxiali grosieri (regiunea centrală).

La oţelul calmat în jurul retasurii apar  suflurile- goluri datorate gazelor (CO2, N2, H2)neevacuate. La oţelul necalmat se formeazăo coroană de sufluri marginale la baza lingoului (fig.5)Suflurile au suprafaţa neoxidată şi se sudează la laminare sau forjare. Cele care comunică cu exteriorul –  porii– au suprafaţa oxidată şi nu se pot suda. Retasurile, suflurile şi porii sunt defecte decompactitate, care dacă nu sunt eliminate prin tăiere, decojire, deformare, pot constitui amorse de fisuri, crăpături, ruperi,care se amplificăîn timpul deformării plastice.În retasura unor lingouri se poate constata prezenţa unor formaţiuni arborescente numitedendrite(fig.5).Suprafaţa lor de solidificare evidenţiază că, în condiţii de răcire rapidă şi nedirijată, creşterea gr ăunţilor cristalini are loc arborescent după direcţii preferenţiale de creştere.

     Fig.5 Dendrita din oțel

E. Caracterul şi cauzele ruperiiRuperea poate interveni voit pe epruvete de încercări mecanice sau prin avarierea unor

piese. Analiza macroscopică are ca scop interpretarea comportării materialului încercat sau stabilirea cauzelor avariei. În acestultim caz, este necesarăasamblarea cu grijă a fragmentelor, pentru a nu provoca abraziuni pe suprafeţele cercetate. Factorii care trebuie luaţi în consideraţie sunt: deformarea asociată ruperii,aspectul suprafeţei de rupere, coroziunea produsă, numărul, mărimea şi localizarea fragmentelor.

Ruperea la suprasarcină poate fi ductile sau fragilă. Ruperea ductil ă -este însoţită de deformare plastic prealabilă şi are aspect mat,fibros. La o epruvetă de tracţiune din oţel recoptcu 0.2 % C, se observă gâtuirea epruvetei și ruperea tip con – cupă(fig.6.a). Ruperea laîncovoiere prin şoc produce o suprafaţăputernic deformată, aspră(fig.6.c).  Ruperea fragil ă – nu prezintă deformare plastică prealabilă şi are aspect cristalin,str ălucitor,grosier. La epruvetele de tracţiune sau de rezilienţă, suprafaţa de rupere este plană (fig. 6.b, d) iar la solicitarea la torsiune este elicoidală, (fig.7).

Fig.6 Epruvete de rupere prin tracţiune şi încovoiere prin şoc (rezilienţă).

Prezenţa unor defecte de solidificare sau de la prelucrările ulterioare (picături reci,sufluri,segregaţii, incluziuni nemetalice, fisuri) favorizeazăruperea fragilăprematură. Fisuri cu efect de fragilizare pot apare la răcirea rapidăîn timpul călirii, recunoscute prin decolorarea suprafeţei derupere în cursul revenirii ulterioare. De asemenea, hidrogenul absorbit la încălzirea pieselor în atmosferăde H2, sau la decaparea în medii acide determină apariţia fulgilor cu efect de fragilizare.Fulgii sunt microfisuri, care au aspect de pete strălucitoare în suprafaţa de rupere (fig. 8).

Fig.7 Arbore rupt prin solicitare la torsiune     Fig.8 Aspectul fulgilor in suprafața de rupere

Aspectul unei ruperi prin oboseală este apropiat de cel fragil, deoarece îi este asociată o mica deformare plastică. Suprafeţele de rupere sunt relativ netede. Deoarece ruperea este progresivă  piesele supuse la oboseală au, în general, o suprafaţă de rupere caracteristică, pe care se disting următoarele zone(fig.9)amorsa de fisură care poate fi un concentrator de tensiune: incluziune nemetalică,neregularitate superficială, microfisuri de călire etc.-zona ruperii în exploatare, mai netedă, cu linii de aşteptare, cu aspect de dune de nisip, care indică propagarea intermitentă a fisurii. Cu cât fisura avansează liniile de aşteptare se măresc şi se distanţează, astfel încât localizarea celor mai mici linii indică amorsa de fisurare;

Fig.9 Arbori rupți prin oboseală

  I)-Arbore rupt prin încovoiererotativă ; II)-Arbore rupt prin torsiune.a) amorsa de fisură ; b) casura derupere în exploatare ; c)-casura derupere statică