рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО - раздел Философия, Шиліна О. П., Шаповалова О. В.   Ма...

Шиліна О. П., Шаповалова О. В.

 

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

 

 

ЗМІСТ

Передмова

Лабораторна робота № 1. Макроаналіз металів і сплавів   Лабораторна робота № 2. Мікроаналіз металів і сплавів

Словник термінів

 

Література

ПЕРЕДМОВА

Лабораторний практикум “Матеріалознавство” написаний для студентів напрямків підготовки “Інженерна механіка”, “Автомобільний транспорт” та “Зварювання”. Він відповідає навчальним програмам предметів “Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство” та “Матеріалознавство та термічна обробка зварних з’єднань”.

Матеріалознавство – це прикладна наука про взаємозв’язок електронної будови та структури матеріалів і сплавів з їх складом, фізичними, хімічними, механічними, технологічними та іншими властивостями. Зменшення маси машин за рахунок підвищення їх точності, надійності, довговічності та роботоздатності, економії матеріалів зумовлене розвитком матеріалознавства і розумінням та навичками практичного застосування наявних матеріалів користувачами.

Розвиток науки здійснюється переважно експериментальним шляхом, тому використовуються чимало класичних та спеціально створених структурних і фізичних методів дослідження. Це кількісний хімічний, спектральний та рентгеноспектральний, макро– та мікроструктурний, рентгенографічний, термічний, дилатометричний, люмінесцентний, магнітний, ультразвуковий та інші аналізи, а також методи дослідження міцності, твердості, в’язкості, витривалості механічних властивостей.

Лабораторні роботи з цих дисципліни мають на меті надання студентам практичних навичок з проведення макро- та мікроструктурного аналізів металів і сплавів, запису кривих охолодження сплавів і побудови за ними діаграм стану, вміння аналізувати процеси, які відбуваються в сплавах при їх охолодженні і формуванні структур, проведення термічної обробки металів за різними режимами, призначення матеріалу при виготовленні конкретних деталей для машин і призначення оптимального режиму їх термічної обробки.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

 

МАКРОАНАЛІЗ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Мета роботи: ознайомлення з методикою проведення макроструктурного аналізу; одержання практичних навичок виготовлення макрошліфів, вивчення… Матеріали та обладнання.Для виконання цієї роботи студентам надаються зразки… Теоретичні відомості. Макроскопічний аналіз (макроаналіз) металів і сплавів полягає в дослідженні їх будови…

Завдання на роботу

1. Ознайомитися з методикою приготування макрошліфів.

2. Вивчити колекцію зразків з основними дефектами, що спостерігаються на їх поверхні. Замалювати ці дефекти.

3. Дослідити і замалювати макроструктуру макрошліфів із хімічною неоднорідністю (зварні з'єднання, деталі, зміцнені термічною, хіміко-термічною обробкою або наплавленням), деталей, виготовлених різанням і обробкою тиском.

4. Оцінити ліквацію на макрошліфі згідно з методом Баумана.

5. Вивчити і замалювати основні види зламів (в’язкий, крихкий, від утоми).

6. Зробити висновки і скласти звіт по роботі відповідно до завдань (у звіті обов'язково повинні бути зазначені тема, мета роботи, пояснення до кожної розглянутої макроструктури).

Контрольні питання для самопідготовки

1. Які дослідження дозволяє виконувати макроструктурний аналіз металів і сплавів?

2. Яким методом досліджується ліквація сірки в металі?

3. Що можна дослідити методом зламів зразків металів і сплавів?

4. Як досліджується волокниста макроструктура металів?

5. Що досліджується методом Баумана?

6. Яким спостерігається злам металу від утоми?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

 

МІКРОАНАЛІЗ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

 

Мета роботи: освоїти технологію приготування мікрошліфів, вивчити будову металографічного мікроскопа і навчитись на ньому працювати, вивчити мікроструктуру сплаву до та після травлення і навчитись зарисовувати найпростіші мікроструктури.

Матеріали та обладнання.Для проведення даної лабораторної роботи студентам надаються зразки сплавів, набір шліфувального паперу, верстат для полірування зразків, паста ГОІ, реактив для протравлювання шліфів, спирт, фільтрувальний папір, металографічний мікроскоп, набір об’єктивів і окулярів.

Теоретичні відомості.Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) металів і сплавів полягає в дослідженні будови (мікроструктури) металу за допомогою оптичного (при збільшенні від 50 до 1500 разів) або електронного (при збільшенні до 100000 разів) мікроскопа. Між мікроструктурою металів та їх властивостями існує чіткий зв'язок. Мікроаналіз дозволяє визначити форму і розміри окремих зерен і фаз, а також їх вміст, відносне розташування, виявити наявність у металі включень, мікродефектів і судити про властивості металів і сплавів, про попередню обробку цих матеріалів (лиття, деформування, термічна обробка). Мікроаналізу піддають спеціально підготовлені зразки, які називають мікрошліфами.

Мікрошліфи готують у такий спосіб. Місце вирізання зразка вибирають залежно від задач дослідження (у ряді випадків порядок і місце вирізання строго регламентуються Держстандартами). У випадку з'ясовування причин руйнації деталей під час експлуатації зразки вирізають поблизу місця руйнації ножівкою, фрезою, різцем, алмазними, вулканітовими кругами або електроіскровим методом. При вирізанні і наступному шліфуванні зразка неприпустиме значне нагрівання (вище 150 °С), тому що воно може викликати суттєві структурні зміни металу.

Зазвичай зразки мають форму циліндра або чотиригранника з лінійними розмірами 10...20 мм. У випадку, коли розміри мікрошліфів малі (дріт, тонкий лист, дрібні деталі), останні закріплюють у спеціальних затискачах (струбцинах) або заливають в оправки такими матеріалами як сплав Вуда (50 % Ві, 25 % Pb, 12,5 % Sn, 12,5 % Cd) з температурою плавлення 68 °С, епоксидні або акрилові смоли, пластмаси.

Поверхню зразка роблять плоскою і шліфують вручну або на верстатах наждачним папером різної зернистості (різних номерів): спочатку, для чорнового шліфування, беруть більш грубий папір (номери 12 … 6), а потім, для чистового, заключного шліфування – папір номерів 5 … 3 (номер визначає приблизний розмір абразивних зерен в сотих частках міліметра). Якщо шліфування ведуть вручну, шліфувальний папір кладуть на рівну плоску поверхню (наприклад, на товсте скло) і зразок переміщують по ньому в одному напрямі, перпендикулярному до слідів (рисок), що залишилися після попередньої обробки до повного зникнення цих слідів. Після шліфування залишки абразиву змивають водою з поверхні шліфа. Потім для видалення дрібних рисок, що залишилися після шліфування найдрібнішою шкуркою, зразок полірують.

Існуючі способи полірування засновані на механічному або електрохімічному способі видалення матеріалу, або ж на їх комбінації. Механічне полірування ведуть на полірувальному верстаті, диск якого обтягнутий тканиною (фетр, оксамит, тонке сукно). Тканину періодично поливають водною суспензією, що містить дрібні абразивні частки оксидів алюмінію, хрому або заліза. Добрим полірувальним матеріалом є алмазні пасти, паста ГОІ. Коли поверхня набуває дзеркального блиску, полірування припиняють. На якісно відполірованому мікрошліфі при спостереженні під мікроскопом відсутні риски, подряпини та інші механічні дефекти.

Мікрошліф промивають водою, потім спиртом, просушують стиснутим повітрям або фільтрувальним папером. Після полірування під мікроскопом спочатку вивчають нетравлений шліф, потім – протравлений.

При вивченні нетравленого шліфа можна виявити різноманітні мікродефекти, наприклад мікротріщини, та неметалеві включення (оксиди, сульфіди, графіт - рис. 2.1) в металевій основі, яка має світлий колір при спостереженні під мікроскопом. Після перегляду нетравленого мікрошліфа його піддають травленню, щоб виявити мікроструктуру металевої основи шліфа. Для сталі та чавуну найчастіше застосовують 2…5%-овий розчин азотної кислоти в етиловому спирті. Поліровану поверхню шліфа занурюють у реактив на 3 … 10 с до утворення рівного матового відтінку без наявності будь-яких плям. Потім шліф промивають водою, спиртом і просушують фільтрувальним папером.

 

а б в

 

Рисунок 2.1 – Неметалеві включення в сталі та чавуні

а – оксиди; б – сульфіди; в – графіт.

Внаслідок неоднакової протравлюваності різних структурних складових на поверхні мікрошліфа утворюється мікрорельєф, складові якого по – різному відбивають світло, що падає на поверхню шліфа через оптичну систему мікроскопа. Структура, що розчинилась на більшу глибину, під мікроскопом має темний колір, а структура, яка розчинилась менше, має світлий колір (рис. 2.2, а, в). Границі зерен будуть видні у вигляді тонкої темної сітки (рис. 2.2, б, г).

Рисунок 2.2 – Схеми, які пояснюють видимість протравлених шліфів під мікроскопом: а, в – зерна у впадинах – темного кольору, виступаючі – світлого; б, г – границі зерен металів і твердих розчинів.

Будова металу, що спостерігається під мікроскопом, називається мікроструктурою (microstructure), яка є зображенням досить малої ділянки поверхні, складена з відбитих від неї світлових променів.

Загальний вигляд металографічного мікроскопа МИМ-7 показано на рис. 2.3. Він складається з таких основних систем: оптичної, освітлювальної з фотографічною апаратурою і механічної.

Оптична система мікроскопа включає об'єктив і окуляр, від яких залежить збільшення мікроскопа, і ряд допоміжних елементів (призми, дзеркала, лінзи й ін.). Об'єктив, що є складним сполученням лінз, дає дійсне збільшене обернене зображення мікроструктури мікрошліфа. Окуляр складається з декількох лінз і призначений для збільшення зображення, отриманого об'єктивом, і перетворення його з оберненого в пряме. Збільшення мікроскопа визначається добутком збільшення окуляра на збільшення об’єктива.

В освітлювальну систему мікроскопа входять джерело світла, серія лінз, світлофільтрів і діафрагм. Джерелом світла є електрична лампа (17 В), що включається в мережу через понижувальний трансформатор.

Рисунок 2.3 Загальний вигляд мікроскопу МИМ – 7

1 - основа, 2 - корпус, 3 - фотокамера, 4 - мікрометричний гвинт, 5 - візуальний тубус з окуляром, 6 - ручка ілюмінатора, 7 - ілюмінатор, 8 - предметний столик, 9 - клеми, 10 - гвинти переміщення столика, 11 - макрометричний гвинт, 12 - освітлювач, 13 - ручка світофільтрів, 14 - стопорний пристрій освітлювача, 15 - рамка з матовим склом.

Вивчення протравленого шліфа дозволяє вирішувати ряд задач при аналізі мікроструктурної будови металу або сплаву: встановлювати кількість структурних складових сплаву та характер їх розташування; величину зерен (шляхом їх зіставлення зі спеціально встановленою шкалою або безпосереднім вимірюванням, знаючи величину збільшення); вид термічної обробки і правильність вибору її режиму (температури нагрівання, швидкості охолодження); приблизний вміст деяких елементів, наприклад, вуглецю у відпалених сталях.

Між структурою та властивостями металів і сплавів існує пряма залежність. Тому в практиці металознавства мікроаналіз є одним з основних методів, які дозволяють вивчати будову металів і сплавів, а, отже, отримувати дані про їх властивості.

Завдання на роботу

1. Вивчити будову металографічного мікроскопа і засвоїти прийоми роботи на ньому.

2. Приготувати мікрошліф (наприклад, сірого чавуна або сталі), вивчити і зарисувати його структуру до і після травлення.

3. Зробити висновки і скласти звіт по роботі відповідно до вищевказаних пунктів завдань.

Зміст звіту

У звіт потрібно включити:

 технологію приготування мікрошліфів,

 реактив, який застосовується для травлення чавуну та сталі,

 схеми мікроструктур і їх описання.

У висновках вказати:

 на особливості будови досліджуваного металу до і після травлення,

 наявність неметалевих включень, дефектів і їх вплив на властивості металу.

Контрольні питання для самопідготовки

1. З якою метою проводиться мікроструктурний аналіз металів і сплавів?

2. Технологія виготовлення мікрошліфів.

3. З якою метою мікрошліфи протравлюють?

4. Які реактиви застосовуються для протравлення шліфів?


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

 

ВИЗНАЧЕННЯ КРИТИЧНИХ ТОЧОК І ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ ’’СВИНЕЦЬ - СУРМА’’

 

Мета роботи: освоїти методику побудови кривих охолодження металів і сплавів, визначення на них критичних точок методом термічного аналізу; навчитися будувати та аналізувати діаграми стану подвійної системи на прикладі сплаву свинець – сурма.

Матеріали та обладнання.Для виконання даної лабораторної роботи необхідні такі матеріали та обладнання: електрична піч, термопара, тиглі з навісками свинцю, сурми та їх сумішей, мілівольтметр зі шкалою від 0 до 500 мВ.

Теоретичні відомості.

При нагріванні відбувається плавлення твердих тіл, при охолодженні – їх кристалізація (crystallization)(затвердіння). Будь-які зміни в стані металу або сплаву (фазові, структурні перетворення) супроводжуються тепловим ефектом. При нагріванні відбувається поглинання тепла, а при охолодженні – виділення тепла.

Температури, при яких відбуваються зміни стану сплаву, називаються критичними. Реєстрація зміни температури сплаву в часі здійснюється термічним методом.

При термічному аналізі за експериментальними даними будують графіки залежності зміни температури сплаву в часі в процесі охолодження (або нагрівання) з постійною швидкістю. Такі графічні залежності називаються кривими охолодження або нагрівання.

При охолодженні аморфного тіла, наприклад смоли або скла, його температура буде спадати поступово і безперервно, перехід з рідкого стану в твердий буде поступовим. Графік нагрівання матиме вигляд кривої I, показаної на рис. 3.1, а. Крива охолодження II буде являти собою дзеркальне відображення кривої нагрівання.

Кристалічні речовини мають певну фіксовану температуру плавлення або кристалізації. Графік нагрівання чистого металу, побудований в осях координат час - температура, матиме вигляд кривої I, показаної на рис. 3.1, б. Графік охолодження чистого металу буде являти собою дзеркальне відображення графіка нагрівання (рис. 3.1, б, крива II).

Точка 1 на графіку охолодження відповідає початку кристалізації, точка 2 - закінченню кристалізації. На графіку нагрівання точка 1 відповідає початку плавлення, а точка 2 – закінченню плавлення. Процеси кристалізації і плавлення здійснюються при постійних температурах (на графіках – горизонтальна площадка, нижче якої метал знаходиться в твердому стані, вище – в рідкому).

Рисунок 3.1 – Графіки нагрівання і охолодження:

а - аморфного тіла; б - кристалічного тіла (чистого металу).

Ці температури, а також температури будь-яких інших змін в стані металу або сплаву, які спостерігаються в ньому при нагріванні або охолодженні і супроводжуються поглинанням або виділенням тепла, як і відповідні їм точки на графіках нагрівання або охолодження, називаються критичними.

По критичних точках температурних кривих (наприклад, початок або кінець кристалізації) будують діаграму стану сплаву.

Діаграма стану сплавів (constitution diagram, equilibrium diagram) - це графічне зображення зміни структури і фазового складу сплавів в залежності від температури та концентрації.

На рис. 3.2 зображена діаграма стану сплавів свинець – сурма в координатах температура (°С) - концентрація компонентів (%). Початок осі абсцис (вісь концентрацій) відповідає 100% свинцю і 0% сурми; кінець осі абсцис - 0% свинцю і 100 % сурми.

Лінію АСВ, по якій рідкий сплав при охолодженні починає кристалізуватись (твердіти), називають лінією ліквідусу (liquidus line) (ліквідус - рідина). Лінію DCE, по якій закінчується кристалізація сплаву, називають лінією солідус (solidus) (солідус - твердий).

Сплав з концентрацією компонентів: Sb = 13 %, Pb = 87 % називається евтектичним (від грецького - легкоплавкий). Евтектичними називаються сплави, для яких характерно:

1. Початок і кінець кристалізації відбуваються при одній і тій же температурі (точки ліквідус та солідус збігаються);

Рисунок 3.2 – Діаграма стану та криві охолодження сплавів свинець – сурма

2. Найменша температура плавлення серед сплавів даної системи;

3. Структура таких сплавів є механічною сумішшю компонентів ( в даному випадку свинцю та сурми).

Сплави, які мають концентрацію сурми менше, ніж евтектичний (менше 13%) і розміщені на діаграмі лівіше точки С називаються доевтектичними.

Сплави, що мають концентрацію сурми більше евтектичного і розміщені правіше точки С на діаграмі, називаються заевтектичними.

З діаграми видно, що доевтектичні сплави мають температури кристалізації (або плавлення) по лінії АС; заевтектичні - по лінії СВ. Кінець кристалізації всіх сплавів закінчується утворенням евтектики (лінія DCE).

Сплави різної концентрації мають різну структуру, а отже і різні властивості. Вище лінії АСB сплави будуть рідкими. На ділянці АСD буде рідкий сплав з кристалами свинцю, на ділянці СВЕ буде рідкий сплав з кристалами сурми. Нижче лінії DCE буде твердий сплав.

По лінії СС1 – евтектичний сплав, на ділянці DСС1D1 – сплав складається з кристалів евтектики і кристалів свинцю, це сплав доевтектичний. На ділянці СЕЕ1С1 - заевтектичний сплав, він складається з кристалів евтектики і кристалів сурми.

Діаграма стану сплаву свинець – сурма є діаграмою першого роду.

За діаграмою стану першого роду кристалізуються сплави, компоненти яких в рідкому стані необмежено розчиняються один в одному, а в твердому стані зовсім не розчиняються і утворюють механічну суміш компонентів. За діаграмою стану першого роду кристалізуються такі сплави як: олово – цинк, свинець – сурма та інші.

Правило відрізків

Фазою (phase) називається хімічно однорідна частина сплаву, відокремлена від інших його частин поверхнею розділу (границею). Фазами в сплавах можуть… В будь-якій точці діаграми, коли в сплаві одночасно існують дві фази, можна… Правило відрізків (правило важеля) застосовують для визначення:

Установка для термічного аналізу

Навіски 3 в тиглях з заданою концентрацією компонентів (Pb, Sb) доводять до повного розплавлення з перегрівом на 20...30 °С в муфелі електропечі 1.… Слід відзначити, що отриманими даними (табл. 3.1) можна користуватися тільки…

Порядок виконання роботи

2. Виймати і охолоджувати тиглі потрібно в такій послідовності: евтектичний сплав – при досягненні температури 260…270 оС, доевтектичний сплав –… Таблиця 3.1 – Результати замірів τ,с   … 3. За результатами дослідів побудувати на міліметровому папері криві охолодження кожного металу (сплаву). При цьому…

Зміст звіту

В звіті необхідно вказати:

 призначення термічного аналізу,

 схему установки для дослідження металів і сплавів термічним методом,

 таблицю з дослідними даними,

 криві охолодження і діаграму стану,

 висновки, в яких зробити аналіз перетворень при охолодженні одного із сплавів із застосуванням правила фаз.

Контрольні питання для самопідготовки

1. Що являє собою діаграма стану сплавів?

2. Які методи застосовують для побудови діаграм стану сплавів?

3. Які точки на кривих нагрівання чи охолодження називають критичними?

4. Поясніть значення термінів: евтектика, солідус, ліквідус.

5. Покажіть на діаграмі стану сплавів ці лінії та точки.

6. Чим пояснюється зміна швидкості охолодження сплаву?

7. Який з досліджених сплавів є евтектичним? доевтектичним? заевтектичним?

 


 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

 

АНАЛІЗ ДІАГРАМ СТАНУ ПОДВІЙНИХ СИСТЕМ

 

Мета роботи: навчитися робити аналіз діаграм стану різних типів, визначати наявність фаз та структур у сплавах різного хімічного складу при різних температурах; навчитись визначати кількість фаз або структурних складових в сплавах; навчитися визначати перетворення в сплавах.

Матеріали та обладнання. Для виконання даної лабораторної роботи студентам видаються рисунки діаграм стану систем різних типів з описанням механізму формування структур типових сплавів в цих системах.

Теоретичні відомості. Більшість металевих матеріалів, які використовуються в машинобудуванні – сплави, що складаються з двох, трьох або більшої кількості елементів. Основним елементом сплаву зазвичай є метал, який і визначає назву сплавів (сплави на основі заліза, міді, алюмінію тощо). Інші компоненти сплавів можуть бути як металами, так і неметалами. Їх додають до основного компоненту умисне для зміни структури та властивостей сплаву у бажаному напрямі.

Будь-який сплав складається з однієї або декількох фаз. Ними можуть бути: 1) чисті компоненти; 2) тверді розчини; 3) хімічні сполуки. Знання фазового складу є дуже важливим при дослідженні сплавів, але недостатнім для визначення їх властивостей.

Більше інформації містить у собі структурний склад сплаву, тобто наявність у ньому певних структурних складових – окремих елементів мікроструктури, які відрізняються від інших. Кількість структурних складових металевої системи часто переважає кількість фаз, оскільки містить усі фази цієї системи, а також їхні суміші, що кристалізуються водночас і разом (евтектика, евтектоїд). Тому на діаграмах стану наводять не тільки фазовий, а й структурний склад для кожної їх області.

Діаграми стану або діаграми фазової рівноваги у зручній графічній формі показують фазовий і структурний склад сплавів залежно від температури та концентрації. Діаграми стану будують для умов рівноваги, які досягаються тільки при дуже малих швидкостях охолодження або тривалому нагріванні. Справжній рівноважний стан в практичних умовах досягається рідко. В більшості випадків сплави знаходяться в метастабільному стані, тобто такому, коли вони мають обмежену стійкість і під впливом зовнішніх факторів набувають інших більш стійких станів. В багатьох випадках метастабільні стани надають сплавам високих механічних або інших властивостей.

Завданням металознавства є встановлення природи метастабільних станів, які забезпечували б оптимальний комплекс властивостей і розроблення режимів термічної або іншої обробки сплавів, що дозволяли б отримувати ці неврівноважені стани. Вихідним положенням при вирішуванні таких питань є знання діаграм стану. Саме діаграми стану дозволяють розробити раціональні режими різних видів обробки матеріалів і реалізувати їх на практиці. З іншого боку, вони дають можливість наукового прогнозу створення матеріалів з потрібними властивостями.

Вивчення будь-якої діаграми стану подвійної системи складається з двох етапів: 1) її загального опису; 2) аналізу процесу кристалізації типових сплавів. Доцільно поруч з діаграмою стану зображати криві охолодження сплавів, які аналізуються.

Основні типи діаграм стану

Діаграми стану системи, компоненти якої утворюють неперервний ряд рідких і твердих розчинів.

а б Рисунок 4.1 – Діаграма стану системи, компоненти якої утворюють неперервний ряд рідких і твердих розчинів (а) та крива…

Діаграми стану систем з відсутністю взаємної розчинності компонентів у твердому стані

В діаграмах стану такого типу додавання як компонента В до компонента А, так і навпаки компонента А до компонента В, спричинює зниження температур кристалізації сплавів. З цієї причини лінія ліквідусу такої системи (рис. 4.3) опускається донизу з точок С і D. Обидві гілки лінії ліквідусу (СЕ і DE) перетинаються в точці Е. Кожна з цих гілок є як лінією початку кристалізації того або іншого компонента (СЕ – компонента А, DE – компонента В), так і лінією граничного насичення рідкого розчину відповідними компонентом: на лінії СЕ рідина гранично насичена компонентом А і при подальшому зниженні температури відбувається його кристалізація; на лінії ED – компонентом В, який теж буде кристалізуватися при подальшому охолодженні. Точка Е є спільною для обох кривих, отже, рідина такого складу гранично насичена обома компонентами, вони й будуть кристалізуватися одночасно і разом: РЕ (А+В) (читається: рідина складу точки Е перетворюється в суміш двох фаз, тобто компонентів А і В).

Суміш двох твердих фаз, які кристалізуються одночасно і разом з рідини певного складу, називається евтектикою (eutectic).

а б Рисунок 4.3 – Діаграма стану (а) і криві охолодження (б) системи з відсутністю взаємної розчинності компонентів у…

Діаграми стану систем з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані

Діаграма стану систем з утворенням обмежених твердих розчинів і евтектичним перетворенням (рис. 4.5) а б

Діаграми стану з перитектичним перетворенням (рис. 4.8).

Цей варіант діаграми реалізується тоді, коли температури кристалізації компонентів дуже відрізняються.

Лінія ліквідусу – CPD, солідусу – CNPD, сольвусу – NR I MQ.

Діаграма має три однофазні області: рідкого розчину (вище від лінії ліквідусу), -фази (ACNRA), -фази (QMDBQ) та три двофазні – рідини та кристалів  (CNPC), рідини та кристалів  (MPDM), кристалів - і -твердих розчинів (RNMQR). В останній області можна виділити окремо області RNN1R з -фазою та вторинними кристалами II – (+II) і MQM1M (+II).

На лінії NMP відбувається перитектичне перетворення: рідина та кристали, що раніше виділилися з неї, у взаємодії між собою утворюють нову тверду фазу: РР+NM (читається: рідина складу точки Р і кристали -фази складу точки N перетворюються на кристали -фази складу точки М). Остання реакція перитектичного перетворення відбувається з повним використанням двох вихідних фаз лише для одного сплаву – складу точки МI. Для будь-якого іншого сплаву одна з вихідних фаз буде надлишковою і частина її залишиться після перитектичного перетворення. Так, для будь-якого сплаву, що лежить між точками N і M (наприклад, сплаву III), надлишковою фазою буде -фаза, а для сплавів між точками M і P (наприклад, сплавів IV i V) надлишковою фазою буде рідина.

Рисунок 4.8 – Діаграма стану системи з обмеженою розчинністю компонентів у твердому стані і перитектичним перетворенням

Структура сплаву III після повного охолодження складатиметься з кристалів -фази, що утворилися при перитектичному перетворенні, та кристалів -фази, що вціліли при перитектичному перетворенні (рис. 4.9, а). При охолодженні цього сплаву від точки 8 до точки 9 з цих фаз виділяються вторинні кристали (відбувається вторинна кристалізація: II; II ), але нові структурні складові, як це було зазначено раніше, не утворюються.

В сплаві IV при охолодженні від точки 1 до точки 2 з рідини виділяються первинні кристали -твердого розчину, склад яких змінюється по лінії солідусу від точки 6 до точки N. Водночас склад рідини змінюється вздовж лінії ліквідусу від точки 1 до точки Р. На лінії NM фази такого складу взаємодіють між собою за перитектичною реакцією з утворенням -фази. Після перитектичного перетворення в точці 2 залишиться в надлишку рідка фаза і при охолодженні від точки 2 до точки 3 з неї виділяються вже первинні кристали -твердого розчину. При охолодженні сплаву IV від точки 3 до точки 4 матимемо однофазний -твердий розчин, в якому ніяких змін не буде. В точці 4 -твердий розчин стає гранично насиченим компонентом А і при подальшому його охолодженні в інтервалі температур 4-5 відбувається вторинна кристалізація з виділенням кристалів II (рис. 4.9, б)

а б

Рисунок 4.9 – Схеми мікроструктур сплавів III (а) і IV (б) (рис.4.8)

1. Діаграми стану систем з хімічними сполуками

У подвійних системах можуть утворюватись хімічні сполуки між компонентами із загальною формулою АmBn. Найчастіше ці хімічні сполуки утворюються безпосередньо з рідини: РАm Bn

Конкретний вигляд діаграми визначається взаємодією її компонентів, передусім розчинністю їх у твердому стані, а також наявністю певних перетворень. При цьому хімічна сполука розглядається як окремий компонент. На рис. 4.10 показані два можливих варіанти: а – з відсутністю розчинності компонентів у твердому стані і б – з утворенням обмежених твердих розчинів на основі як чистих компонентів, так і хімічної сполуки — -, - і -фаз.

а б

Рисунок 4.10 – Діаграми стану систем з хімічними сполуками

Систему, діаграма стану якої зображена на рис. 4.10, а, можна розглядати як сукупність двох систем з компонентами А і АmBn та B і AmBn.. Ці дві системи розділені вертикаллю FK. У кожній з підсистем утворюється власна евтектика – Е1 як суміш двох фаз – (А + АmBn) і Е2 ( В+ АmBn). Кристалізація і формування структур, наприклад, сплавів I, II, III, IV відбувається аналогічно тим, що були розглянуті нами в п. 2 та на рис. 4.3 цієї лабораторної роботи.

Для систем, діаграма стану яких показана на рис. 4.10, б, характерним є утворення обмежених твердих розчинів: твердого розчину хімічної сполуки AmBn в компоненті А – -фази; твердого розчину хімічної сполуки в компоненті В – -фази та твердих розчинів компонентів А і В в хімічній сполуці – відповідно 1-фази і 2-фази. Зазвичай ці тверді розчини 1 і 2 розглядаються як один твердий розчин — -фаза. Тому на діаграмі (рис. 4.10, б) область FIMLHF розглядається як однофазна з твердим розчином . Пунктирна лінія FF1 ділить цю область на дві частини: ліворуч від неї -фазу можна вважати твердим розчином компонента А в хімічній сполуці AmBn, праворуч – твердим розчином компонента В в цій же сполуці.

Евтектики в цій системі складаються з суміші кристалів твердих розчинів:

Е1(+), Е2(+).

Кристалізація сплавів і формування остаточних структур в цій системі відбувається аналогічно розглянутих в п. 3.1 і на рис. 4.5 цієї лабораторної роботи.

2. Діаграми стану систем з поліморфними компонентами

Поліморфні перетворення одного або обох компонентів сплаву суттєво змінюють його структуру і властивості. Такі перетворення є в багатьох промислових сплавах, наприклад, сплавах заліза, титану та ін.

Конкретний вигляд діаграми стану визначається не тільки взаємодією компонентів, а і їх поліморфних модифікацій. Крім того, важливу роль відіграє наявність або відсутність взаємної розчинності компонентів та їх поліморфних модифікацій у твердому стані. Тому діаграми стану з поліморфними компонентами надзвичайно численні. Розглянемо тільки одну систему, в якій обидва компоненти є поліморфними і їх високотемпературні модифікації (А і В) утворюють неперервний ряд -твердих розчинів (рис. 4.11), а низькотемпературні А і В - обмежені - і 1- тверді розчини.

Лінії KE і EL, на яких починається перетворення -твердого розчину, перетинаються в одній точці Е, яка називається евтектоїдною, а лінія GEH — лінією евтектоїдного перетворення: Е(G+1H) (читається: твердий розчин  – складу точки Е розкладається на суміш двох фаз — твердого розчину  – складу точки G і твердого розчину 1 складу точки Н.

Рисунок 4.11 – Діаграма стану системи, компоненти якої мають поліморфні перетворення

Лінії GF i HI на діаграмі стану є лініями сольвусу. Сплави в інтервалі між точками G і E називаються доевтектоїдними, а сплави в інтервалі між точками E і H – заевтектоїдними. Схеми структур цих сплавів зображаються аналогічно тим, які зображені на рис. 4.4.

Завдання на роботу

2. Зробити аналіз діаграми стану згідно з таблицею 4.1:  дати загальне означення заданої системи, зображеної на рис. 4.12  описати процес кристалізації заданого сплаву з температури рідкого стану до кімнатної;

Контрольні питання для самопідготовки

1. Який сплав називається евтектичним?

2. Як формулюється і записується правило важеля?

3. Як формулюється правило фаз?

4. Як виглядають діаграми стану систем:

 з необмеженою розчинністю компонентів;

 з цілковитою нерозчинністю компонентів;

 з обмеженою розчинністю компонентів;

 з хімічними сполуками;

 з поліморфними компонентами.

5. Яке перетворення називається евтектичним? Як записується його реакція?

6. Яке перетворення називається перитектичним та як записується його реакція?

7. Яке перетворення називається евтектоїдним та як записується його реакція?

8. Яка лінія на діаграмі називається сольвус?

9. З яких фаз складається микроструктура доевтектичного складу?

10. З яких фаз складається микроструктура заевтектичного складу?

11. З яких фаз складається микроструктура зевтектичного складу?

12. З яких фаз може складатися будь який сплав?


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ДІАГРАМА СТАНУ СПЛАВІВ СИСТЕМИ ЗАЛІЗО - ВУГЛЕЦЬ

Мета роботи: вивчення діаграми стану залізовуглецевих сплавів, аналіз перетворень, які проходять у сплавах при охолодженні та нагріванні, визначення… Матеріали та обладнання. Для виконання даної лабораторної роботи студентам… Теоретичні відомості.Найважливішими матеріалами в сучасній машинобудівній промисловості є залізовуглецеві сплави:…

Завдання на роботу.

2. Скласти звіт про роботу, в якому:  зробити рисунок діаграми стану “залізо – цементит” і нанести на неї…  дати точну назву вказаного сплаву;

Контрольні питання для самопідготовки

1. Що визначають точки G та N на діаграмі стану залізо-вуглець?

2. Як впливає вуглець на температуру поліморфного перетворення заліза?

3. Що визначають точки А4, А3, А2, А1 для чистого заліза та для його сплавів з вуглецем?

4. Які фази притаманні залізовуглецевим сплавам?

5. Які структури утворюються в залізовуглецевих сплавах?

6. Які перетворення називаються евтектичним, евтектоїдним, перитектичним в залізовуглецевих сплавах?

7. Які структури називається ледебуритом, перлітом?

8. Який цементит називається первинним, вторинним, третинним?


ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

 

ВИВЧЕННЯ МІКРОСТРУКТУР ВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ У РІВНОВАЖНОМУ СТАНІ

Мета роботи: отримати навички у проведенні мікроаналізу структур вуглецевих сталей, визначення за ними типу сплаву, вміст вуглецю, марки сталі, її… Матеріали та обладнання. Для виконання цієї лабораторної роботи студентам… Теоретичні відомості. Мікроструктура вуглецевих сталей в рівноважному стані, отримана після повільного охолодження…

Завдання на роботу.

1. Розглянути під мікроскопом зразки сталі і визначити структурні складові.

2. Вказати клас сталі (до-, за- чи евтектоїдна).

3. За структурою визначити вміст вуглецю і вказати марку сталі.

4. Зарисувати схеми мікроструктур.

5. Скласти звіт про роботу, в який включити:

 дільницю діаграми стану “залізо – цементит” для сталей;

 графік залежності механічних властивостей сталі від вмісту вуглецю;

 механічні властивості розглянутих марок сталей;

 висновки.

Контрольні питання для самопідготовки

1. Які сталі називаються доевтектоїдними, заевтектоїдними?

2. Яка структура доевтектоїдних сталей при їх рівноважному стані?

3. Яка структура заевтектоїдних сталей при їх рівноважному стані?

4. Як можна визначити марку сталі за її структурою?

5. Який вплив вмісту вуглецю і цементиту на механічні властивості сталей (твердість, міцність, ударну в’язкість)?

6. Як досягається рівноважний стан сталі?

7. Що називають “технічним залізом”?

8. Який вміст вуглецю в перліті?

9. Який вміст вуглецю у фериті?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

ВИВЧЕННЯ МІКРОСТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ ЧАВУНІВ

Мета роботи: отримати навички визначення за мікроструктурою виду чавуну, оцінити його механічні властивості, встановити орієнтовно марку (крім… Матеріали та обладнання. Для виконання даної лабораторної роботи потрібні:… Теоретичні відомості.За хімічним складом чавуни відрізняються від сталей більш високим вмістом вуглецю (більше 2,14 %)…

Завдання на роботу

1. Вивчити під мікроскопом мікрошліфи чавунів, визначити структурні складові і за ними визначити вид чавуну (білий, сірий, ковкий, високоміцний).

2. Зарисувати схеми мікроструктур.

3. Записати приблизну марку чавуну, його хімічний склад, властивості, сферу використання.

4. Скласти звіт про роботу.

Контрольні питання для самопідготовки

1. Які сплави називаються чавунами?

2. Які типи конструкційних чавунів існують?

3. Яка основна структурна відмінність чавунів різних типів?

4. Якою може бути структура металевої основи чавунів?

5. Від чого залежить отримання тієї чи іншої структури металевої основи чавунів?

6. В чому полягає технологія виготовлення ковкого чавуну?

7. В чому полягає технологія виготовлення високоміцного чавуну?

8. Як маркуються чавуни різних типів?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

 

ТЕРМІЧНА ОБРОБКА СТАЛЕЙ

Мета роботи: вивчення методики призначення режимів відпалу, нормалізації і гартування, придбання практичних навичок проведення різноманітних… Матеріали та обладнання.Для виконання цієї лабораторної роботи надаються… Теоретичні відомості.Термічною обробкою сталі називається технологічний процес, який полягає в нагріванні сталі до…

Завдання на роботу

1. Призначити термічну обробку і скласти її режими для сталі відповідно до табл. 8.2. 2. Описати структуру після проведення призначеної термічної обробки. 3. Навести механічні властивості сталі після термічної обробки.

Контрольні питання для самопідготовки

1. Які лінії на діаграмі стану “залізо-вуглець” позначаються як А1, А2, А3, А4, Аcm ?

2. Які є види термічної обробки для сталей?

3. Які види відпалу сталей ви знаєте?

4. З якою метою призначають повний відпал доевтектоїдних сталей? До яких температур нагрівають ці сталі при повному відпалі?

5. З якою метою призначають неповний відпал доевтектоїдних сталей? До яких температур нагрівають ці сталі при повному відпалі?

6. З якою метою призначають відпал заевтектоїдних сталей? До яких температур нагрівають ці сталі при відпалі?

7. Яка термічна обробка називається нормалізацією? До яких температур нагрівають до- та заевтектоїдні сталі при нормалізації?

8. Які структури можуть утворюватися в сталях при їх різній швидкості охолодження з аустенітного стану?

9. В чому полягає термічна обробка “гартування” для сталей?

10. Яка швидкість охолодження сталей називається критичною?

11. Яка структура називається “мартенсит”?

12. Від чого залежить кількість залишкового аустеніту при гартуванні?

13. До яких температур нагрівають сталі різного хімічного складу при гартуванні?

14. Які види відпуску існують?

15. Для яких сталей призначають низький, середній та високий відпуск?

16. Яка термічна обробка сталей називається поліпшенням?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9

ТЕРМІЧНА ОБРОБКА АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ

Мета роботи: вивчення режимів термічної обробки алюмінієвих сплавів (гартування і штучне старіння), структурних перетворень, що протікають при… Матеріали тв обладнання.При виконанні даної лабораторної роботи потрібні такі… Теоретичні відомості.Вироби з алюмінієвих сплавів піддаються в більшості випадків термічній обробці: відпалу,…

Завдання на роботу

1. Навести стислий виклад основних теоретичних положень термічної обробки алюмінієвих сплавів. 2. Вивчити, замалювати і пояснити мікроструктуру відпаленого сплаву Д16,… 3. Провести загартування зразків перерізом 1015 мм; температура нагрівання 495±5 С, витримка 20...30…

Контрольні питання для самопідготовки

1. Яким видам термічної обробки піддають алюмінієві сплави?

2. В чому полягає зміцнювальна термічна обробка алюмінієвих сплавів?

3. До якого фазового стану нагрівають алюмінієві сплави при їх гартуванні?

4. З якою метою проводиться “старіння” алюмінієвих сплавів?

5. Які види старіння існують для алюмінієвих сплавів?

6. В чому полягає механізм старіння?

7. З якою метою проводять гомогенізувальний відпал?

8. З яких алюмінієвих сплавів виготовляють вироби методом лиття?

9. З яких алюмінієвих сплавів виготовляють вироби методом пластичного деформування?

10. За рахунок чого протікає природне старіння алюмінієвих сплавів?

11. За рахунок чого протікає штучне старіння алюмінієвих сплавів?

Тестові завдання з дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство»

 

1. Здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого більш твердого тіла називається:

1) міцністю; 2) пружністю; 3) твердістю; 4) пластичністю.

2. Структура заевтектичного білого чавуну при кімнатній температурі складається:

1) з ледебуриту й первинного цементиту;

2) з перліту; ледебуриту й вторинного цементиту;

3) з перліту й вторинного цементиту;

4) з перліту й цементиту.

3. Гомогенізувальний відпал сталей проводять при температурах:

1) 160-180 ос; 2) 800-900 ос; 3) 750-780 ос; 4) 1100-1200 ос.

4. Оптимальна температура загартування сталі У13 становить:

1) 900 ос; 2) 770 ос; 3) 870 ос; 4) 727ос.

5. Структура, одержувана після загартування та середнього відпуску:

1) тростит відпуску; 2) залишковий аустеніт;

3) сорбіт відпуску; 4) мартенсит відпуску.

6. Твердість низьковуглецевої сталі можна підвищити:

1) загартуванням СВЧ; 2) відпалом;

3) об'ємним загартуванням; 4) цементацією й загартуванням СВЧ.

7. Основні переваги титанових сплавів:

1) висока питома міцність і корозійна стійкість;

2) висока холодостійкість, гарні антифрикційні властивості;

3) висока жаростійкість, гарні ливарні властивості;

4) гарна оброблюваність різанням.

8. Механічна суміш фериту та цементиту, із вмістом 0,8 % вуглецю, називається :

1) ледебурит; 2) мартенсит; 3) перліт; 4) аустеніт.

9. Механічна суміш аустеніту з цементитом, з вмістом 4,3 % вуглецю, називається:

1) перліт; 2) ледебурит; 3) аустеніт; 4) ферит.

10. Закономірне орієнтування кристалів відносно зовнішніх деформаційних сил – це:

1) поліморфізм; 2) ковзання; 3) полігонізація; 4) текстура.

11. Правило, яке визначає склад фаз у діаграмах стану подвійних систем:

1) правило відрізків;

2) правило концентрацій;

3) правило конод;

4) правило фаз.

12. Кількість фаз, що знаходяться в рівновазі при евтектичному перетворенні у двокомпонентній системі:

1) одна; 2) дві; 3) три; 4)жодної.

Скільки горизонтальних ділянок на кривій охолодження сплаву заліза з 5% вуглецю?

1) одна; 2) дві; 3) три; 4) жодної.

Скільки горизонтальних ділянок на кривій охолодження сплаву заліза з 0,01% вуглецю?

1) одна; 2) дві; 3) три; 4) жодної.

Скільки горизонтальних ділянок на кривій охолодження сплаву заліза з 0,005 % вуглецю?

16. Структура сталі у рівноважному стані складається з 50% фериту та 50% перліту, це буде сталь марки: 1) сталь 40; 2) сталь 50; 3) Ст. 4; 4) Ст. 5. 17. Відмінність ледебуриту від ледебуриту перетвореного:

– Конец работы –

Используемые теги: Матеріалознавство0.036

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
Лабораторна робота № 1. Макроаналіз металів і сплавів Лабораторна робота № 2. Мікроаналіз металів і сплавів...

Курс лекцій з дисципліни Будівельне матеріалознавство
Харківська національний університет будівництва і архітектури... В О Бондар... Курс лекцій з дисципліни БУДІВЕЛЬНЕ Харків уч рік...

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт по курсу "Будівельне матеріалознавство"
На сайте allrefs.net читайте: "ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ"

Матеріалознавство
Таврійська державна агротехнічна академія... Кафедра Технологія...

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ
Макіївський металургійний технікум... МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО... КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ Макіївка Підготувала Туголукова І Г...

Матеріалознавство
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ... Київський національний університет...

0.025
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам