Anyagvizsgálatok. Fémtani vizsgálatok

Átírás

1 Anyagvizsgálatok Fémtani vizsgálatok

2 Cél: Az anyagok szövetszerkezetének, szemcsenagyságának, a zárványosság (nemfémes alkotók) stb. meghatározása A vizsgálatok a nagyítás szerint csoportosíthatók: makroszkópos (legfeljebb nagyítóval) mikroszkópos (max x) elektronmikroszkópos (> 2000 x) A fémtani vizsgálatokhoz mintavétel szükséges

3 Makroszkópos vizsgálatok (szabad szemmel, vagy kézi nagyítóval végzett vizsgálatok) Előkészítés: a felület köszörülése, vagy csiszolása Öntöttvas csiszolat

4 Próbaelőkészítés A próbák befogása fémkeretbe A próbatestek beágyazása műgyantába

5 Próbaelőkészítés A próbák csiszolása, polírozása

6 Próbaelőkészítés A próbák nedves csiszolása

7 Makroszkópos vizsgálatok 1. Nem fémes zárványok meghatározása acélokban (az acél öntésekor a salakból vagy a tűzálló falazatból az acélba jutott nemfémes anyagok kimutatása) a makroszkópos zárványok kimutathatók: lépcsős próbával kék töret próbával

8 Makroszkópos vizsgálatok lépcsős próba: a zárványok mennyiségének megítélésére szolgál. A vizsgálat céljára a hengerelt vagy kovácsolt d átmérőjű rúdanyagból szabvány szerinti átmérőkkel próbadarabot készítenek. A frissen esztergált felületen a zárványok matt sorok formájában láthatók. A zárványokat a felületen szórt fényben, szabad szemmel vizsgáljuk, megszámoljuk, és mérjük a hosszukat.

9 Makroszkópos vizsgálatok kéktöret próba: - melegen hengerelt vagy kovácsolt acélban előforduló nemfémes makrozárványok nagyságának, alakjának és eloszlásának meghatározására alkalmas - a darabot C -ra hevítik, majd a kék elszíneződés hőmérsékletén kb. 320 C -on eltörik. A kékre színeződött felületen a nemfémes zárványok eltérő színű, (világos szürke) sávok formájában láthatók. - kiértékelése etalonképpel való összehasonlítással történik

10 Makroszkópos vizsgálatok 2. Kénlenyomat (Baumann féle kénlenyomat a kén eloszlását mutatja ) - a 2 5%-os kénsavas oldatba áztatott fotópapírt a vizsgálandó anyag tiszta felületére helyezzük, 1 2 perc elteltével levesszük, vízzel kiöblítjük és fixáljuk. - a lenyomaton a kénben dús helyek sötétbarna színben tűnnek fel (kénhidrogén-ezüstszulfát reakció)

11 Makroszkópos vizsgálatok 3. Maratásos vizsgálatok (mélymaratás mélymaratás) (az alakítás irányára merőleges, vagy bizonyos esetekben az alakítás irányába eső (pl. alakítási szálirány kimutatása ) - a marószer hígított (50 ml HCl és 50 ml H 2 O). - a vizsgálat alapja, hogy az acélok alapszövete a marószerrel szemben másként viselkedik, mint a benne lévő porozitások, dúsulások, repedések, felületi hibák stb. - a vizsgálat kiértékelése a szabvány mellékletében megadott etalonképekkel való összehasonlítás alapján történik

12 Makroszkópos vizsgálatok 3. Maratásos vizsgálatok (primer maratás) (az acél primer szövetszerkezetében (ausztenit) az öntés során keletkezett, vagy a meleg,- ill. hidegalakítás hatására kialakuló szálas szerkezet kimutatására ) - rézklorid tartalmú marószereket használnak - a marószerek a különböző foszfortartalmú részeket másképpen marják, így a foszforeloszlás kimutatja az öntött dendrites vagy az alakított soros szövetszerkezetet

13 Makroszkópos vizsgálatok 4. Edzett töretpróba (az acél szemnagysága, vagy szemcsedurvulási hajlama kimutatására ) Az acélok tulajdonságait jelentősen befolyásolja a szemcsenagyságuk. - az edzhető acélok ausztenit szemnagysága, vagy szemcsedurvulási hajlama az edzett és eltört felületen meghatározható, mert a törés a korábbi ausztenit szemcsehatárokon következik be. - az alakítással megegyező irányú, edzett és eltört próba felületét a szabványban megadott etalonkép sorozattal hasonlítják össze

14 Mikroszkópos vizsgálatok - Fényesített mintán vizsgálhatók a repedések, üregek, zárványok, önálló színű fázisok alak, méret és eloszlási viszonyai, valamint mennyiségük a teljes térfogathoz képest - A szövetszerkezet láthatóvá tételére a csiszolt és polírozott felületet maratni kell. A marószerek általában savak, vagy bizonyos esetekben lúgok vizes, vagy alkoholos oldatai. - A marószerek általában a magasabb energiaszinten lévő, reakcióképesebb helyeket (pl. a krisztallithatárokat) támadják meg, így téve azokat láthatóvá

15 Próbaelőkészítés A próbák polírozása

16 Próbaelőkészítés A próbák polírozása gyémántpasztával

17 Próbaelőkészítés Próbák maratása

18 Mikroszkópos vizsgálatok

19 Mikroszkópos vizsgálatok - A mikroszkópos méréshez mérőeszközre, a mérőokulárra van szükség. - A mérőokulárba általában 100-as osztással ellátott skálát építenek be. A mérőokulárral való méréshez szükség van az okulár mikrométer értékének ismeretére. Ennek megállapítására a tárgymikrométert használják.

20 Mikroszkópos vizsgálatok Acélok mikroszkópos vizsgálata A mennyiségi vizsgálatok során valamilyen mérőszám, előírás, megállapodás, szabvány szerinti fokozat, vagy jelzés megadásával minősítjük a vizsgált próbatestet. pl. a szövetelemek arányának megállapítása, szemcsenagyság, zárványosság stb. A minőségi vizsgálatok célja a jelenlévő szövetelemek, fázisok minőségének, elrendeződésének vizsgálata, az elvégzett hőkezelések eredményének ellenőrzése, az anyagon végrehajtott képlékeny alakítás hatásának tanulmányozása stb.

21 Mikroszkópos vizsgálatok A szemcsenagyság mérése A szemcsenagyság az anyag mechanikai és egyéb tulajdonságait, feldolgozhatóságát jelentősen befolyásolja, ezért fontos annak ismerete. A szemcsenagyság mikroszkópos meghatározása háromféle módszerrel lehetséges: összehasonlító képsorozat (etalon kép) alapján szemcseszámlálással szemcse metszékek számlálása alapján

22 Mikroszkópos vizsgálatok A szemcsenagyság mérése A szemcsenagyság meghatározása szemcseszámlálás alapján

23 Elektronmikroszkópos vizsgálatok Az elektronmikroszkóp fény helyett elektronsugarat használ, melyet tekercsekkel fókuszálnak. A speciális technikával előállított vékony fémréteget, vagy annak felületéről készített lenyomatot az ún. replikát világítja át a fókuszált elektronsugár Transzmissziós elektronmikroszkóp képe Ti ötvözetben lezajló diszlokációkról (N: 51450x)

24 Elektronmikroszkópos vizsgálatok A scanning elektronmikroszkópok a tárgy felületéről visszaverődött elektronsugarakat használják fel a képalkotásban. Főleg töretek vizsgálatára használják Szemcsén átmenő interkrisztallin töret

25 Elektronmikroszkópia alapjai Az anyagok szerkezetének megismeréséhez a fénymikroszkópnál sokkal nagyobb felbontóképességre van szükség. A nagyobb felbontást csak nagyságrenddel rövidebb hullámhosszúságú elektromágneses sugárzással lehet megvalósítani. Louis de Broglie bebizonyította, hogy a v sebességgel mozgó anyagi részecskék egyúttal λ hullámhosszúságú rezgésként is viselkednek Planck-féle állandó (h) részecske tömege (m) részecske sebessége (v) λ = h mv [µm] hullámhosszúság (λ)

26 Elektronmikroszkópia alapjai Ha a nyugalomban lévő elektront U feszültséggel gyorsítjuk, akkor az e nagyságú töltéssel rendelkező, m tömegű elektron kinetikus energiája és ebből sebessége (v): m v = eu 2eU = m [mm/s] Ha ezt a sebességet és a fizikai állandókat behelyettesítjük a Louis de Broglie-féle egyenletbe a következő összefüggést kapjuk: v λ = h m v = 2 h 2 m eu λ 1,5 U [pm] [V] gyorsító feszültséget alkalmazva a hullámhossz λ = 0,01 [pm pm], vagy [V] esetén λ = 0,001 [pm pm] lesz!

27 Elektronforrás elve

28 Transzmissziós elektronmikroszkóppal készült felvételek Szilícium, éldiszlokációk

29 Irodalom..Szemelv..Szemelvények Szentgyörgyiné Gyöngyösi Éva Bencsik Ferenc Pál : Villamos anyagismeret és technológia Csizmadia Ferencné: Anyagismeret Ginsztler Hidasi Dévényi: Alkalmazott anyagtudomány Miskolci Egyetem Anyaginformatikai Laboratóriuma (Nemzeti tankönyvkiadó) (SzIF-Universitas Kft.) (Műegyetemi Kiadó)