Pag. 1

Laborator L1

1. Analiza macroscopica

1.1 Introducere

Analiza macrografica precede analiza micrografica si reprezinta o

metoda de control calitativ si de cercetare. Analiza se efectueaza cu

scopul punerii in evidenta a:

tipului de material metalic;

descoperii defectelor de necompactitate;

neomogenitatilor chimice si structurale in cazul pieselor si

semifabricatelor.

In urma acestui tip de analiza se obtin indicatii asupra conditiilor,

caracterului si calitatii prelucrarilor mecanice suferite de metal sau

prelucrarilor tehnologice cum ar fi elaborare metalului, turnarea,

deformare plastica, sudare, etc

1.2 Obiective

Dupa parcurgerea acestui laborator cursantul va trebui sa:

Sa poata sa identifice tipul de material dupa culoare, aspect,

densitate, proprietati magnetice;

Sa poata sa identifice tipul de otel folosind proba scanteierii;

Sa identifice caracterul si cauzele ruperii unui material

metalic;

Sa identifice neomogenităţile chimice, discontinuităţile de

material, liniile de deformare plastică, neomogenităţile

chimice şi structurale introduse de tratamentul termic

sau termochimic, structura şi defectele îmbinărilor

sudate;

Sa intocmeasca un raport de analiza macroscopica;

1.3 Aspecte teoretice

Analiza macroscopica consta din examinarea cu ochiul liber, cu o

lupa simpla sau bioculara cu marire de pana la 10 x sau in unele cazuri

cu ajutorul microscopului cu marire de pana la 50 x, a aspectului

exterior al pieselor sau al suprafetelor special pregatite.

Analiza macroscopica cere un minim de experienta si pregatire din

partea celui care face examinare. Analiza macroscopica confera

informatii despre:

natura materialului;

Pag. 2

particularitatile structurii de turnare;

caracterul si calitatea prelucrarilor mecanice ce au dat forma si

caracteristicile finale ca: turnare, deformare plastica, aschiere, sudare

tratamente termice sau termochimice;

caracrerul ruperii si cauzele acesteia.

Analiza macroscopica ne ajuta in vederea alegerii zonelor din

piesa studiata care urmeaza a fi analizei microscopice.

Analiza maroscopica se poate efectua pe suprafete de rupere

(casuri) de solidificare sau pe suprafete slefuite si atacate cu reactiv.

1.4 Analiza macroscopică ale pieselor metalice si a suprafetelor

de rupere

Analiza macroscopica ale pieselor metalice si a suprafetelor de

rupere ne furnizeaza informatii orientative privind:

Natura materialului

calitatea materialului, ce se poate obţine prin corelarea culorii cu

densitatea acestuia.

in ceea ce priveste culoarea avem: Cuprul are culoarea rosie

portocalie; alamele cu max. 10% Zn, bronzurile cu Sn, Pb sau Be –

roşiatică; alamele cu mai mult de 10% Zn, bronzurile cu Al – galben,

galben – verzui; aurul – galben auriu; fierul, aluminiul – gri; nichel –

alb cenusiu; otelul gri inchis; zincul – gri albăstrui; titan – alb

argintiu; fonta - albă, staniul – alb argintiu; fontele cenuşii – gri

închis.

după densitate, materialele metalice pot fi: ultrauşoare

(ρ<2g/cm3): Mg, Be; uşoare (2<ρ<4): Al, Si; semiuşoare (4<ρ<6):

Ge, Ti, V; grele (6<ρ<10): Fe, Cr, Zn, Sn, Mn, Co; foarte grele

(10<ρ<15): Ag, Pb, Hg; deosebit de grele (ρ>15): Pt, Au, Os.

proprietătile magnetice. După proprietăţile magnetice,

materialele pot fi:

diamagnetice, slab respinse de câmpul magnetic: Cu, Au, Ag, Zn;

paramagnetice, slab atrase de câmpul magnetic: Al, Bn, Mg, Pt,

Cr, Ti, otel inoxidabil austenitic, otelul austenitic manganos etc;

feromagnetice, puternic atrase de câmpul magnetic: Fe, Co, Ni şi

aliajele lor, feritele etc.

proba de scanteie permite identificarea tipului de otel din care

este confectionat un reper metalic. Pentru aceasta se apasă proba

metalica confectionata din otel pe piatra unui polizor în miscare cu

turatia de 1400-1500 rot/min. Piatra desprinde particule fine de otel

care in contact cu oxigenul atmosferic oxidează rapid sub forma unor

unor explozii sau scântei. Liniile luminoase dau informatii despre gradul

de aliere al otelului, iar scanteile despre conţinutul sau de carbon. O

determinare mai exacta, necesita o trusa cu probe etalon de compozitie

Pag. 3

cunoscută cu care se compara fluxul si aspectul scanteilor obtinute in

cazul probei analizate.

In imaginea anterioara avem la pozitia a. un otel nealiat, cu putin

carbon; b. otel aliat nealiat, cu 0,4 – 0,6 % C; c. otel nealiat cu 0,8 –

1.2 % C; d. otel cu 1% W; e. otel rapid

Caracterul si cauzele ruperii materialelor metalice

Ruperea poate interveni voit pe epruvete pentru incercari

mecanice sau prin avierea unor piese metalice. Analiza macroscopica ne

furnizeaza informatii referitoare la interpretarea comportarii materialului

incercat sau stabilirea cauzelor avariei. Caracterul ruperii este influentat

de compozitia chimica, structura, tratament termic aplicat, starea de

tensiuni, temperatura, etc. Astfel avem:

Ruperea la suprasarcina care poate fi ductila sau fragila;

- Ruperea ductila este insotita de deformare plastica prealabila si

are un aspect mat, fibros;

Pag. 4

uir

- Ruperea fragila nu prezinta deformare plastica prealabila si are

aspect cristalin, stralucitor, grosier.

Ruperea prin oboseala care este progresiva sub sarcini mici si

variabile. Suprafetele de rupere sunt relativ netede. Intrucat ruperea

prin oboseala este progresiva sprafata de rupere prezinta urmatoarele

zone distincte:

- Amorsa de fisura care este un concentrator de tensiune,

incluziune nemetalica, neregularitati superficiale microfisuri de calire;

- Zona ruperii in exploatare, mai neteda, cu linii de asteptare, cu

aspect de dune de nisip, care indica propagarea itermitenta a fisurii;

- Zona ruperii statice, cu aspect cristalin mai grosier, fibros.

1.5 Analiza macroscopică pe suprafeţe şlefuite şi atacate cu

reactiv

Analiza macroscopică se execută pe suprafeţe care au fost supuse

unei prelucrări mecanice pentru obtinerea unei suprafeţe plane, Se pot

pune în evidenţă: neomogenităţile chimice, discontinuităţile de material

(porozităţi sufluri, fisuri) structura primară dendritică, liniile de

deformare plastică, neomogenităţile chimice şi structurale introduse de

tratamentul termic sau termochimic, structura si defectele îmbinărilor

sudate, etc.

Pag. 5

Segregatiile.

Neomogenităţile chimice apărute în procesul solidificării

determină neomogenităti de structură şi de proprietăţi. La oteluri

prezintă interes segregaţia carbonului şi a elementelor însoţitoare

dăunătoare: sulful şi fosforul.

Segregaţia carbonului se evidenţiază prin atac cu reactivul nital

5%. Zonele mai bogate în carbon apar mai întunecate.

Segregatia sulfului se pune in evidenta cu ajutorul amprentei

Baumann cere presupune fixarea pe hârtie fotografică a segregaţia

sulfului, conform STAS 7839-67.

Segregatia fosforului se pune in evidenta cu reactivul Oberhoffer. Proba lustruită este imersată în soluţia de atac până la acoperirea cu un strat roşu de cupru, apoi este spălată în alcool. Privită în lumină perpendiculară, prezintă zonele bogate în fosfor galbene strălucitoare pe fond întunecat. Segregatia carbonului si fosforului se poate face si cu ajutorul reactivul Heyn. După atac, proba se spală pentru înlăturarea cuprului depus. Zonele bogate în carbon apar întunecate, cele bogate în fosfor apar cafenii. Se recomandă pentru oţeluri cu mai puţin de 0.6%C. La creşterea conţinutului de C, depunerea de cupru se îndepărtează greu de pe probă. Discontinuităţi de material

Pentru determinarea defectelor care perturbă continuitatea

Pag. 6

materialului semifabricat se folosesc reactivi cu acţiune profundă,

conform anexa 1. Se pun astfel în evidenţă porozităţi, segregaţii,

sufluri, solidificare în straturi, benzi de culoare deschisă, fulgi etc.

Identificarea procedeului de fabricaţie

Neomogenitatea chimică relevată prin macroanaliză permite

identificarea procedeului de fabricaţie al pieselor: turnare, forjare sau

aşchiere. Piesa turnată prezintă structură dendritică specifică. Prin atac

cu o soluţie 5÷10% acid azotic în apă distilată se relevă structura

dendritică de turnare în cazul otelurile cu conţinut redus în carbon,

elemente de aliere şi elemente dăunătoare. Zonele axiale ale dendritelor

sunt atacate mai intens decât cele interaxiale.

Otelul forjat sau laminat relevă o structură fibroasă, ca urmare

a atacării mai intense a zonelor cu segregaţii şi incluziunilor alungite

după direcţia de curgere a metalului.

Piesele obţinute prin deformare plastică au continuitatea fibrajului

Pag. 7

spre deosebire de cele aşchiate la care fibrajul este întrerupt

Deoarece rezistenţa, plasticitatea, tenacitatea sunt ridicate de-a

lungul fibrelor, se urmăreşte ca la piesele se urmăreşte ca la piesele

solicitate dinamic tensiunile maxime din exploatare să fie de-a lungul

fibrelor

Mărimea stratului tratat termic sau termochimic

Prin atac cu nital 5% se evidenţiază mărimea stratului carburat de

culoare mai întunecată, a stratului decarburat sau a stratului călit

superficial de culoare mai deschisă faţă de miezul piesei.

Calitatea îmbinărilor sudate

Epruvete cu secţiune transversală sau longitudinală a cordonului

de sudură, şlefuite, sunt introduse în reactiv Adler sau nital 5÷10%

până la apariţia imaginii cusăturii. Se diferenţiază materialul de bază,

zona influenţată termic la sudare, cordonul de sudură şi eventuale

defecte: pori, fisuri, etc. La sudarea în mai multe straturi se observă

ordinea de depunere a acestora.

Pag. 8

1.6 Aspecte practice

In vederea efectuarii lucrarii de laborator sunt necesare

urmatoarele:

Echipament de protectie in conformitate cu normele de sanatate si

securitate in munca;

Dispozitive de prindere si manevrare a pieselor analizate in cazul

in care acestea sunt de dimensiuni mari;

Substante si materiale consumabile necesare degresarii zonelor

studiate;

Materiale si dispozitive necesare slefuirii si lustruirii preliminare;

Reactivi pentru analiza macroscopica, bazine, materiale

consumabile;

Acces la apa curenta;

Lupa cu marire de 10 x sau microscop cu marire de pana la 50 x;

Aparat de fotografiat digital.

Pregatirea preliminara consta intr-o slefuire - lustruire urmata

daca este cazul de atac cu reactivi pentru analiza macroscopica,

prezentati in anexa nr. 1. Atacul chimic se executa fie direct pe piesa

sau semifabricat fie pe sectiuni detasate transversal sau longitudinal

din piesa sau semifabricat.

Inainte de analiza se efectueaza o degresare a suprafetelor prin

stergere cu alcool tehnic sau benzen. Atacul macroscopic cu reactivi se

face prin cufundarea zonelor analizate in baie de reactiv aflata in

recipienti rezistenti la reactiv. Dupa atac probele se spala cu apa calda

si se usuca. Manevrarea probelor se face cu respectarea normelor de

securitate si sanatate in munca.

Pag. 9

La final se intocmeste un raport de analiza macroscopica care va

trebui sa contina:

Datele de identificare a laboratorului si a persoanei care a

efectuat analiza macroscopica;

Conditiile in care a fost facuta analiza macroscopica;

Tipul de reactiv si durata de expunere la acesta;

Descrierea operatiilor efectuate si a zonei analizate;

Fotografii ale piesei si a zonei analizate;

Concluziile care rezulta in urma analizei si masurile care

trebuiesc intreprinse

Teste de autoevaluare

1. Care sunt criteriile de identificare a naturii materialelor metalice?

R: Criteriile de identificare a naturii materialelor metalice sunt culoarea,

densitatea sau proprietatile magnetice.

2. Care din urmatoarele materiale Fe, Cu, Ti, Al, Ni, Sn sunt metalele

feromagnetice?

R: Metale feromagnetice sunt Fe si Ni.

3. Grupati urmatoarele materiale Fe, Mg, Ti, Sn, Al, Hg, Cu, Au, Si,

Pt, Pb in metalele usoare si grele.

R: Metale usoare sunt Al si Si iar metale grele sunt Fe si Sn

4. Ce materiale metalice sunt analizate cu proba de scantei?

R: Cu proba de scanteie sunt analizate otelurile

5. Cum se recunoaşte ruperea ductilă?

R: Ruperea ductila este precedata de deformatie plastica remanenta.

6. Cum se evidenţiază ruperea prin oboseală?

R: Ruperea prin oboseala se evidentiaza prin identificarea celor trei

zone si anume amorsa de fisura, zona ruperii in exploatare si zona

ruperii statice.

7. Ce evidenţiază amprenta Baumann?

R: Amprenta Baumann pune in evidenta segregatia sulfului.

Bibliografie:

1. Radulescu M., Dragan N., Hubert H., Opris C. - Atlas metalografic,

Editura Tehnica, Bucuresti;

2. STAS 4203-74 Metalografie. Luarea şi pregătirea probelor

metalografice

3. STAS 5500-74 Metalografie. Defecte. Terminologie

4. STAS 7626-79 Metalografie. Microstructuri. Scări etalon pentru oţeluri

Pag. 10

5. STAS 7930-67 Metalografie. Metodă de determinare macroscopică a

mărimii grăuntelui austenitei după aspectul rupturii;

6. STAS 11961/1-83 Metalografie. Metode de punere în evidenţă şi

apreciere a macrostructurii oţelurilor

Activitati:

A1

Cerinta: Sa se identifice caracterului si cauzelor deteriorarii unor piese

componete ale utilajelor de constructii.

Etapele desfasurarii activitatii:

1. Se pune la dispozitia studentului o piesa deteriorata sau un set de

fotografii ale unei piese deteriorate.

2. In cazul in care activitatea se desfasoara pentru o piesa reala se

curata suprafata care urmeaza a fi analizata.

3. Se studiaza suprafata deteriorata a piesei cu ajutorul unei lupe. In

cazul in care activitatea se desfasoara prin intermediul unui set de

fotografii se studiaza imaginile care prezinta zona deteriorata a

piesei.

4. Se efectueaza fotografii ale zonei deteriorate ale piesei analizate.

5. Se intocmeste raportul de analiza macroscopica.

Prezentarea rezultatelor:

Se intocmeste un raport care trebuie sa contina urmatoarele

capitole:

- Date de identificare ale studentului si data intocmiri raportului;

- Identificarea piesei deteriorate si a utilajului de unde provine;

- Descrierea cauzelor care au condus la deteriorare sau gasirea

posibilelor cauze care au deteriorat piesa in cazul in care acestea

nu sunt cunoscute;

- Prezentarea fotografiilor cu zona deteriorata;

- Descrierea zonei deteriorate si prezentarea caracterului ruperii;

- Concluzii.

Evaluare: Activitatea este evaluata in baza raportului intocmit. Modul de

punctare a activitati este:

- identificarea piesei - 20 puncte;

- descrierea cauzelor deteriorari - 30 puncte;

- identificarea caracterului ruperii – 30 puncte;

- concuzii - 10 puncte

Punctajul maxim este de 100 puncte si se acorda 10 puncte din oficiu.

Pag. 11

A2

Cerinta: Sa se verifice calitatea imbinarii sudate a doua piese

componete ale utilajelor de constructii.

Etapele desfasurarii activitatii:

1. Se pune la dispozitia studentului o piesa care prezinta un cordon

de sudura sau un set de fotografii ale unui cordon de sudura a

unei piese.

2. In cazul in care activitatea se desfasoara pentru o piesa reala se

pregateste suprafata care urmeaza a fi analizata si se ataca cu

reactiv avand in vedere cele prezentate in subcapitolul “Aspecte

practice”.

3. Se studiaza suprafata pregatita a cordonului de sudura cu ajutorul

unei lupe. In cazul in care activitatea se desfasoara prin

intermediul unui set de fotografii se studiaza imaginile care

prezinta cordonul de sudura.

4. Se efectueaza fotografii ale cordonului de sudura pregatit in

prealabil.

5. Se intocmeste raportul de analiza macroscopica.

Prezentarea rezultatelor:

Se intocmeste un raport care trebuie sa contina urmatoarele

capitole:

- Date de identificare ale studentului si data intocmiri raportului;

- Identificarea piesei si a cordonului de sudura si utilajul de

constructii de unde provine;

- Prezentarea fotografiilor cu cordonul de sudura analizat;

- Descrierea cordonului de sudura;

- Concluzii si observatii.

Evaluare: Activitatea este evaluata in baza raportului intocmit. Modul de

punctare a activitati este:

- identificarea cordonului de sudura - 20 puncte;

- descrierea cordonului de sudura - 40 puncte;

- concuzii si observatii - 30 puncte

Punctajul maxim este de 100 puncte si se acorda 10 puncte din oficiu.

Anexa nr. 1 Reactivi pentru analiza macroscopică

conform STAS 11961/1-83

Nr.

Crt

Reactiv Condiţii de atac Utilizări

Pag. 12

1. BAUMANN A:H2SO4 (1.84) 2-5%

Apă distilată rest

B: Tiosulfat Na: 200g

Metabisulfat Na: 38g

Apă 1 l

Hârtia fotografică este imersionată

2 min. în soluţia A, după care se

aşează în contact cu suprafaţa

probei 30s-5min. Apoi se spală, se

fixează 5min. în soluţia B şi se

spală 15 min. cu curent de apă.

Pune în evidenţă segregaţia

sulfului

2. OBERHOFFER

Clorură cuprică 1g

Clorură stanoasă 0,5g

Clorură ferică 30ml

HCl (1,19) 50ml

Apă distilată 520ml

Alcool etilic 500ml

Proba lustruită este imersată în

soluţie până la acoperirea cu un

strat roşu de cupru. După atac se

spală cu alcool şi puţin HCl.

Pune în evidenţă segregaţia

fosforului. In câmp luminos,

zonele bogate în P apar galbene

strălucitoare pe fond întunecat,

mat. În lumina oblică efectul

este invers.

3. HEYN

Clorură cuprică amoniacală 10g

Apă distilată 120ml

Durata de atac 1-5 min. Cuprul depus

se înlătură cu un tampon sub jet de

apă.

Pune în evidentă segregaţia P

(zone cafenii) si C (zone negre)

4. FRY nr. 4

Clorură cuprică 90g

HCl (1.19) 120ml

Apă distilată 100ml

Încălzirea probei 5-30 min. la 200-

250°C lustruire si atac prin

ştergere. Spălare în alcool sau soluţie

HCl 1:1 pt. înlăturarea cuprului.

Pune în evidenţă linii de

alunecare şi urme de deformare în

oţeluri cu %C scăzut.

5. IATEVICI

HCl 3ml

H2SO4 12ml

Apă distilată 50ml

Temperatura 72-82°C, timp de atac

15-45 min.

Pune în evidenţă orientarea

fibrelor, segregaţii, porozităţi,

incluziuni, strat durificat, pete moi

la călire, la oţeluri, inclusiv

inoxidabil.

6. NITAL

HNO3 (1.4) 5ml

Alcool etilic 95 ml

Durata de atac 1-5 min. apoi proba

se intoduce 1s în soluţie 10% HCl

Adâncimea stratului cementat,

decarburat, călit superficial,

suduri.

7. ADLER

Clorură cuprică amoniacală 3g

Clorură ferică 15g

HCl (1.19) 50cm

Apă distilată 25ml

Se dizolvă clorura cuprică, apoi HCl

şi la urmă clorura ferică. Atacul

se face prin imersionare, apoi

spălare şi uscare in aer cald

Pune în evidenţă structura şi

zona influenţată termic a

cusăturilor sudate din oţeluri

carbon şi slab aliate.

8. NISSNER

A: HCl (1.19)

B: Ferocianuri de K 20%

Hârtia fotografică îmbibată în

soluţia A se aplică pe proba lustruită,

2min. Developarea hârtiei în sol. B,

10 min.

Pune în evidenţă oxizii care se

colorează albastru închis

9 HNO3 (1.4) 4-10ml

Apă distilată 90-96 ml

Imersionare sau tamponare 5-25

min. la 20°C

Evidenţiază sufluri, porozităţi,

fisuri, fulgi, suduri de oţeluri

carbon şi slab aliate

10 HCl (1.19) 100ml

Apă 100ml

Durata de atac 5-45 min. la 60-

80°C

Macroanaliza semifabricatelor

din oţel. Excepţie cele

austenitice, feritice.

11 HCl (1.19) 100ml

HNO3 (1.4) 10 sau 100ml

Apă 100ml

Durata de atac:

5-10min. la 60-70°

Macrostructura la oţeluri

rezistente la coroziune şi

refractare, oţeluri austenitice

12 HCl (1.19) 40ml

HNO3 (1.4) 40ml

HF 10ml

Apă distilată 150ml

Durata de atac:

1-10 min. la 20°C

Macrostructura în aliaje de Al

13 Clorură ferică 10ml

HCl (1.19) 30ml

Apă distilată 120ml

Durata de atac:

2-5 min. la 20°C

Macrostructura în aliaje de Cu

şi Ni.