Краткие теоретические сведения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Лабораторный практикум

по дисциплине «Материаловедение»

МОСКВА

МГУДТ

УДК 620.22

 

Куратор РИС Зайцев А.Н., доц., к.т.н.

 

Работа рассмотрена на заседании кафедры «Технология машиностроения» и рекомендована к печати

 

 

Зав. кафедрой Прокопенко А.К., проф., д.т.н.

 

Авторы Прокопенко А.К., проф., д.т.н.

 

Корнеев А.А., доц., к.т.н.

 

 

Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение»

 

Введение

Дисциплина «Материаловедение» - наука, изучающая состав, строение и свойства материалов, а также их изменение при внешних физико-химических воздействиях.

Целями освоения учебной дисциплины « Материаловедение» являются:

- сформировать у студентов представления о типах и свойствах конструкционных материалов, применяемых в машиностроении, видах фазовых превращений в них, физических сущностях явлений, происходящих в конструкционных материалах в условиях производства и эксплуатации;

-обучить выбору материалов и получения заданных структур и свойств металлических и неметаллических материалов для конкретных условий эксплуатации

- сформировать навыки использования приборов для контроля качества материалов в конкретных условий эксплуатации, определения их пригодности к дальнейшей работе во время эксплуатации.

Настоящий лабораторный практикум необходим для расширения и закрепления теоретического материала, получаемого студентами на лекционных занятиях.

Практикум включает в себя 9 лабораторных работ, составленных по единому плану, с формой отчета и вопросами к зачету. Содержание лабораторных работ полностью соответствует рабочей программе курса «Материаловедение» и освящает основные разделы дисциплины.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы: ознакомиться с методикой проведения термического анализа металлов и их сплавов.

Краткие теоретические сведения

   

Рисунок 1.1 - Установка для термоанализа

1 – печь; 2 – расплавленный сплав; 3 – тигель; 4 – горячий спай;

5 – термопара; 6 – колпачок; 7 – холодный спай;

8 – регистрирующий прибор.

 

Для проведения термического анализа испытуемый металл или сплав помещают в тигель и доводят до плавления (рисунок 1.1). После этого его медленно охлаждают с постоянной скоростью и через равные промежутки времени замеряют его температуру. Для измерения высоких значений температур обычно используют термоэлектрические пирометры. Термоэлектрические пирометры состоят из термопары и регистрирующего устройства (милливольтметра, потенциометра).

Термопара состоит из двух проволочек разных металлов или сплавов и об­ладает тем свойством, что если соединить (сварить) одни концы проволок, а другие присоединить к гальванометру, то при нагре­ве спая возникает электродвижущая сила, вызывающая отклонения стрелки гальванометра. Величина электродвижущей силы зависит от состава материала термопары и температуры замкну­тых концов цепи. Результирующая ЭДС тем больше, чем больше раз­ность температур горячего и холодного спая. При постоянной тем­пературе одного из концов, выведенных к измерительному прибору (называемого холодным спаем), результирующая ЭДС определяется температурой второго конца (горячего спая), который вводится в расплавленный металл.

В качестве термопары применяют следующие сочетания метал­лов: платинородий (10% Rh) - платина (ПП 1) ; платинородий (30% Rh ) - платинородий (6 % Rh ) (ДР30/6), хромельалюмель (ХА); хромель-копель(ХК) (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1 - Химический состав сплавов для термопар

Хромель	Алюмель	Копель	Константан	Платинородий
Ni - 89,0 % Cr - 9,8 % Fe - 1,0 % Mn - 0,2 %	Ni - 94 % Al - 2 % Si - 1,0 % Fe - 0,5 % Mn - 2,5 %	Ni - 43% Fe - 2% Cu - 65%	Ni - 40 % Cu - 59 % Mn - 1 %	Pt - 90 %   Rh - 10 %

 

Таблица 1.2 - Область применения термопар

Термопара	Температурный предел, 0С
Медь- константан Серебро-константан Железо-константан Хромель-алюмель Платина-платинородий

Горячий спай термопары, защищенный огне­упорным колпачком от соприкосновения с жидким металлом, опуска­ется в металл с таким расчетом, чтобы спай находился в середине объема металла, что позволяет характеризовать его действитель­ную температуру. Холодный спай термопары выводят к измеритель­ным приборам. По показаниям этих приборов - по отдельным заме­рам температуры через определенные промежутки времени получают графики Т=¦ (t) , в координатах « ЭДС – время».

На кривой охлаждения при кристаллизации появляется горизонтальная площадка (остановка в падении температуры), причиной которой является выделение скрытой теплоты кристаллизации при переходе из жидкого в твердое состояние.

Зависимость между ЭДС в мВ и температурой в ⁰С устанавливают по результатам построения градуировочной кривой, т.е. проводят градуировку термопар.

Градуированную кривую строят по известным температурам плавления (кристаллизации) чистых металлов и соответствующим им значениям ЭДС, определяемым по экспериментальным кривым охлаждения. При измерении температур 100…200 ⁰С для градуировки термопар можно использовать температуру кипения воды.

Порядок выполнения работы

2. Произвести термический анализ сплава «олово-свинец» и построить для него кривую охлаждения. 3. По кривой охлаждения определить значение ЭДС, характеризующее температуру… 4. По диаграмме состояния «олово-свинец» определить состав исследуемого сплава (рисунок 1.2).

Обработка результатов эксперимента

2.Через точку пересечения горизонтальной прямой с линией «ликвидус» провести на диаграмме состояния вертикальную линию, характеризующую изменению… 3. На оси абсцисс (% Sn) определится процентное содержание компонентов… Примечание: Если горизонтальная линия пересечет линию «ликвидус» в двух местах, т.е. два сплава имеют одинаковую…

Вопросы к зачету

1. Что такое термопара, область применения.

2. В каких координатах строится кривая охлаждения?

3. Как с помощью кривой охлаждения определяется температура кристаллизации?

4. Показать на диаграмме состояния линии «ликвидус» и «солидус».

5. Как с помощью кривой охлаждения определить процентный состав сплава?

Отчет по лабораторной работе №1

ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы _____________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы: изучить устройство металлографического микроскопа и овладеть практическими навыками работы на нем; получить практические навыки проведения микроанализа.

Краткие теоретические сведения

Между микроструктурой металлов и их свойствами существует четкая связь. Микроанализ позволяет: - определить форму и размеры зерен; - определить форму, размеры, содержание и относительное расположение фаз;

Вопросы к зачету

1. Что такое микроанализ?

2. Для чего служит микроанализ?

3. Что такое микрошлиф и как он готовится?

4. Как определяется общее увеличение микроскопа?

5. Как определяется цена деления окуляр-микрометра?

6. Каким образом размер зерна влияет на механическую прочность металла или сплава?

Отчет по лабораторной работе №2

МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

Результаты измерений

Цена деления окуляр - микрометра ……………………………...…________ Размер балла зерна …………………………………………………________ Площадь зерна / мкм2 / ……………………………………………..________

ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТВЕРДОСТЬ МЕТОДАМИ БРИНЕЛЛЯ И РОКВЕЛЛА

Краткие теоретические сведения Твердость – это свойство материалов сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела под действием…

Измерение твердости вдавливание стального шарика

По методу Бринелля твердость металла определяют вдавливанием в испытуемый образец (изделие) закаленного стального шарика (рисунке 3.1а) диаметром… , [кг / мм2 ] (3.1) где Р - нагрузка в кг; D - диаметр шарика в мм; d - диаметр отпечатка шарика в мм.

Отчет по лабораторной работе №3

ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ТВЕРДОСТЬ МЕТОДАМИ БРИНЕЛЛЯ И РОКВЕЛЛА

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

Результаты экспериментов

  Протокол испытания на твердость по методу Роквелла. № исп … Вывод __________________________________________________________

ИЗУЧЕНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ

Краткие теоретические сведения Для определения качества материала используют различные методы контроля. В… Магнитопорошковый метод контроля принадлежит к физическим методам, позволяющим проверять качество различных деталей,…

Порядок выполнения работы

1. Поверхность деталей очищается от масла, смазок, грязи и песка. Глубокие риски и царапины зашлифовываются шкуркой. 2. Сердечники электромагнита с катушками раздвигаются на нужное расстояние и… 3. Включается прибор и подается питание к электромагниту согласно инструкции.

Отчет по лабораторной работе №4

ИЗУЧЕНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ

  Цель работы _____________________________________________________ ________________________________________________________________

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Цель работы:изучить влияние пластической деформации на строение и свойства металлов; рассмотреть влияние температуры нагрева на структуру и свойства холоднодеформированных металлов и сплавов.

Краткие теоретические сведения

Деформацией называется изменение размеров или формы тела под действием внешних сил либо физико-механических процессов, протекающих в самом теле… Различают упругую и пластическую деформацию (рисунок 5.1). … Упругой деформацией называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела исчезают после снятия…

Порядок выполнения работы

2. Произвести наклеп каждого из образцов с различной степенью пластической деформации путем осадки в приспособлении. 3. Измерить твердость каждого образца и определить степень их пластической… 4. Произвести рекристализационный отжиг образцов, предварительно определив Тр (выдержка в печи 30 мин).

Вопросы к зачету

2. Механизм пластической деформации. 3. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов. 4. Как определяется степень деформации?

Отчет по лабораторной работе №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

Протокол результатов испытаний

Вывод __________________________________________________________ …  

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Краткие теоретические сведения Термической обработкой называется процесс, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой…

Отчет по лабораторной работе №6

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Цель работы _____________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

Цель работы:изучить микроструктуру углеродистых сталей и чугунов в равновесном состоянии. Освоить маркировку углеродистых сталей и чугунов.

 

Краткие теоретические сведения

Железо является полиморфным металлом, имеющим разные кристаллические решетки в различных температурных интервалах. При температурах ниже 910 °С,… Углерод является неметаллическим элементом, обладающим полиморфизмом. В… Феррит - твердый раствор внедрения углерода в α -железе. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку и…

Порядок выполнения работы

Таблица расшифровки марок сплавов Марка сплава Химический состав Механические свойства Применение   …

Содержание отчета

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Краткие теоретические сведения

4. Схемы микроструктур исследуемых углеродистых сталей и чугунов

5. Таблица расшифровки марок сплавов

6. Выводы

 

Вопросы к зачету

2. Дать определение фаз углеродистых сталей ( феррита, цементита, аустенита). 3. Влияние массовой доли углерода на количественное соотношение фаз и… 4. Структурные составляющие углеродистых сталей и особенности их механических свойств.

Отчет по лабораторной работе №7

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕДНЫХ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Цель работы: ознакомление с основными марками медных и алюминиевых сплавов, их свойствами и применением.

 

Краткие теоретические сведения

Сплавы на медной основе

Латуни – это сплавы меди с цинком, где содержание цинка не превышает 45 %. Они маркируются буквой “Л” – латунь и цифрами, указывающими содержание… Все латуни по технологическому признаку подразделяются на две группы: а) деформируемые латуни (основной способ производства обработка давлением), из которых приготовляют ленты, проволоку,…

Сплавы на основе алюминия

1) деформируемые, из которых получают полуфабрикаты - листы, проволоку, ленты, прутки, а также поковки и штамповки различными методами обработки… 2) литейные, из которых получают фасонное литье отливкой в земляные или… Деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на: 1) сплавы, не упрочняемые термообработкой, 2) сплавы, упрочняемые…

Порядок выполнения работы

Таблица расшифровки марок сплавов Марка сплава Химический состав Механические свойства Применение   …    

Вопросы к зачету

1. Какие сплавы называются латунями и как они маркируются?

2. Какие сплавы называются бронзами и как они маркируются?

3. Какие сплавы на основе алюминия относятся к литейным сплавам и как они маркируются?

4. Какие сплавы на основе алюминия являются деформируемым? Как они маркируются?

5. Какие сплавы на основе алюминия можно упрочнять термической обработкой?

6. Каковы области применения алюминиевых сплавов?

 

Отчет по лабораторной работе №8

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕДНЫХ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПЛАСТМАСС

Краткие теоретические сведения Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе… По составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические и неорганические. Органические полимеры…

Отчет по лабораторной работе № 9

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПЛАСТМАСС

Цель работы _____________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________

Список рекомендуемой литературы

1. Арзамасов В.Б. Материаловедение: учебник/ В.Б. Арзамасов, А.А. Черепахин. - М.: Экзамен, 2009.

2. Арзамасов Б.Н., Мухин Г.Г., Макарова В.И. и др. Материаловедение. 8-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008.

3. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургиздат, 1986.

4. Дриц, М.Е. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учебник / М. Е. Дриц, М. А. Москалев . – М. : Высшая школа, 1990.

5. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение М., Машиностроение, 1990.

6. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка М., Металлургия, 1993.

7. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник / О.С. Комаров, В.Н. Ковалевский, Л.Ф. Керженцева и др.; под общ. ред. О. С. Комарова. – 3-е изд., испр. и доп. – Минск: Новое знание, 2009.

8. Пейсахов А.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учеб./ А.Н. Пейсахов. - СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2003.

9. Фетисов Г.П. и др. Материаловедение и технология металлов М., Высшая школа, 2001.

 

 

Оглавление

Введение
Лабораторная работа №1. Термический анализ металлов и сплавов
Лабораторная работа №2. Микроанализ металлов и сплавов
Лабораторная работа №3. Испытание на твердость методами Бринелля и Роквелла
Лабораторная работа №4. Изучение неразрушающих методов контроля материалов
Лабораторная работа №5. Исследование влияния пластической деформации на структуру и свойства металлов
Лабораторная работа №6. Термическая обработка углеродистой стали
Лабораторная работа №7. Изучение микроструктуры и свойств сталей и чугунов
Лабораторная работа №8. Изучение микроструктуры и свойств медных и алюминиевых сплавов
Лабораторная работа №9. Изучение свойств пластмасс
Список рекомендуемой литературы