Anyagvizsgálatok Fémtani vizsgálatok
Fémtani vizsgálatok Cél: Az anyagok szövetszerkezetének, szemcsenagyságának, a zárványosság (nemfémes alkotók) stb. meghatározása A vizsgálatok a nagyítás szerint csoportosíthatók: •makroszkópos (legfeljebb nagyítóval) •mikroszkópos (max. 2000 x) •elektronmikroszkópos (> 2000 x) A fémtani vizsgálatokhoz mintavétel szükséges
Fémtani vizsgálatok Makroszkópos vizsgálatok (szabad szemmel, vagy kézi nagyítóval végzett vizsgálatok)
Előkészítés: a felület köszörülése, vagy csiszolása Öntöttvas csiszolat
Próbaelőkészítés A próbák befogása fémkeretbe
A próbatestek beágyazása műgyantába
Próbaelőkészítés
A próbák csiszolása, polírozása
Próbaelőkészítés
A próbák nedves csiszolása
Fémtani vizsgálatok 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
Fémtani vizsgálatok 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.
Fémtani vizsgálatok Makroszkópos vizsgálatok •kéktöret próba: - melegen hengerelt vagy kovácsolt acélban előforduló nemfémes makrozárványok nagyságának, alakjának és eloszlásának meghatározására alkalmas - a darabot 350–380 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
Fémtani vizsgálatok 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)
Fémtani vizsgálatok Makroszkópos vizsgálatok 3. Maratásos vizsgálatok (mélymaratás 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 H2O). - 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
Fémtani vizsgálatok Makroszkópos vizsgálatok 3. Maratásos vizsgálatok (primer primer maratás) 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
Fémtani vizsgálatok 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
Fémtani vizsgálatok 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
Próbaelőkészítés
A próbák polírozása
Próbaelőkészítés
A próbák polírozása gyémántpasztával
Próbaelőkészítés
Próbák maratása
Fémtani vizsgálatok Mikroszkópos vizsgálatok
Fémtani vizsgálatok Mikroszkópos vizsgálatok - A mikroszkópos méréshez mérőeszközre, a mérőokulárra mérőokulár 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 tárgymikrométer használják.
Fémtani vizsgálatok 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.
Fémtani vizsgálatok 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
Fémtani vizsgálatok Mikroszkópos vizsgálatok A szemcsenagyság mérése A szemcsenagyság meghatározása szemcseszámlálás alapján
Fémtani vizsgálatok 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)
Fémtani vizsgálatok Elektronmikroszkópos vizsgálatok A scanning elektronmikroszkópok a tárgy felületéről visszaverődött elektronsugarakat használják fel a képalkotásban. Főleg töretek vizsgálatára használják
Szemcsén átmenő interkrisztallin töret
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) • hullámhosszúság (λ)
h λ= mv
[µm]
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):
1 m v 2 = eU 2
v=
2 eU m [mm/s]
Ha ezt a sebességet és a fizikai állandókat behelyettesítjük a Louis de Broglie-féle egyenletbe a következő összefüggést kapjuk:
h λ= = mv
h2 2 m eU
1,5 λ≈ U
[pm]
15 000 [V] gyorsító feszültséget alkalmazva a hullámhossz λ = 0,01 [pm [pm], pm], vagy 1 500 000 [V] esetén λ = 0,001 [pm [pm] pm] lesz!
Elektronforrás elve
Transzmissziós elektronmikroszkóppal készült felvételek
Szilícium, éldiszlokációk
Irodalom •… …..Szemelvé ..Szemelvények •Szentgyörgyiné Gyöngyösi Éva – Bencsik Ferenc Pál : Villamos anyagismeret és technoló technológia (Nemzeti tankönyvkiadó)
•Csizmadia Ferencné:: Anyagismeret (SzIF-Universitas Kft.)
•Ginsztler – Hidasi –Dévényi:: Alkalmazott anyagtudomá anyagtudomány (Műegyetemi Kiadó)
•Miskolci Egyetem Anyaginformatikai Laboratóriuma
