МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

 

Кафедра металлургии цветных металлов

 

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Методические указания к лабораторным работам    

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью и задачей дисциплины является ознакомление студентов с основами производства металлов и конструкционных материалов, применяемых в современной технике, дать основы знаний о взаимосвязи между составом, строением и свойствами различных сплавов и материалов, о методах направленного воздействия на структуру и свойства материалов для придания им заданных свойств.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И СОСТАВУ ОТЧЕТА

1.Отчет оформляется индивидуально или один на бригаду (по указанию преподавателя) на листах формата А4.   2.Титульный лист содержит наименование кафедры, лабораторной работы, ФИО и учебную группу студентов, выполнивших…

Работа 1. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСПЛАВА НА ПРОЗРАЧНОЙ МОДЕЛИ

Задание

1. Произвести нагрев и заливку модельного расплава в изложницу.

2. Осуществлять замер образовавшейся корки кристаллов каждые 3 минуты.

3. Результаты работы оформить в виде протокола.

4. Рассчитать коэффициент затвердевания для различных моментов времени.

5.Построить графические зависимости толщины корки кристаллов от времени, для различных температур заливки.

6. Написать отчет по работе в соответствии с пунктами задания и сделать необходимые выводы.

 

Цель работы

Осуществить наблюдение за процессом кристаллизации прозрачной жидкости в прозрачном сосуде. Исследовать особенности кристаллизации слитка при различных температурах заливаемого расплава.

 

Приборы, материалы и инструмент

Прозрачная водоохлаждаемая изложница, весы, электроплитка, стакан, ртутно-стеклянный термометр, гипосульфит, линейка.

 

Основные теоретические положения

Кристаллизация металлов и сплавов – это процесс, который во многом определяет строение и свойства готовой металлопродукции, поскольку от условия получения литой структуры слитка или отливки зависит содержание в них легирующих компонентов и примесей, наличие в них пор и раковин, степень завершенности структурных и фазовых превращений после затвердевания.

На формирование литой структуры влияет строение и свойства металлической жидкости, температура ее перегрева перед кристаллизацией, степень ее загрязненности примесями и другие ее характеристики.

Кристаллизация может происходить как при переходе из жидкого состояния в твердое, так и в твердом состоянии при переходе из одной аллотропической формы в другую. Во втором случае такое превращение носит название фазовая перекристаллизация.

Основной причиной и движущей силой процесса кристаллизации является стремление вещества к наиболее устойчивому в термодинамическом отношении, состоянию, т.е. к наименьшему запасу свободной энергии.

Различают теоретическую и фактическую температуру кри­сталлизации. Теоретическая (равновесная) температура кристаллизации (T_S) ¾это такая температура, при которой свободные энергии металла в твердом и жидком состоянии равны. При этой температуре равновероятно существование металла как в жидком, так и в твер­дом состояниях. Реально кристаллизация начинается только при некотором переохлаждении. Температура, при которой практически идет кристаллизация, называется фактической температурой кристал­лизации T_КР. Разность между теоретической и фактической тем­пературой кристаллизации называется степенью переохлаждения DT=Т_S-Т_КР. Чем больше степень переохлаждения, тем больше движущая сила кристаллизации.

Кривые кристаллизации при различных скоростях охлаждения показаны на рис. 1. При медленном охлаждении степень переохлаждения невелика и кристаллизация протекает при температуре, близкой к равновесной. Горизонтальная площадка на термической кривой объясняется выделением скрытой теплоты кристаллизации, кото­рая компенсирует отвод тепла. С ростом скорости охлаждения степень переохлаждения растет. Помимо скорости охлаждения, степень переохлаждения зависит от чистоты металла: чем чище металл, тем выше степень переохла­ждения.

Рис. 1. Температурные кривые процесса кристаллизации металла с различными скоростями охлаждения.

 

Процесс кристаллизации состоит из следующих двух стадий:

1) образование центров кристаллизации (зародышей);

2) рост кристаллов вокруг этих центров.

Суммарная скорость кристаллизации зависит от хода обоих элементарных процессов. Она определяется скоростью зарождения центров кристаллизации (СЗ) и скоростью роста кристаллов из этих центров (СР) (рис. 2). Величины СЗ и СР зависят от степени переохлаждения. При равновесной температуре DT = 0 и СЗ = О, СР = 0. С увеличением DT растет разность свободных энергий металла в жидком и твердом состояниях (движущая сила процесса) и при достаточно большой подвижности атомов СЗ и СР растут и достигают максимума. Последующее уменьшение СЗ и СР объясняется снижением подвижности атомов при падении температуры. При малых значениях коэффициента диффузии затруднена перестройка атомов жидкости в кристаллическую решетку твердого тела. При очень сильном переохлаждении СЗ и СР равны нулю и жидкость не кристаллизуется, а превращается в аморфное тело.

Для реальных металлов, как правило, реализуются лишь восходящие ветви кривых СЗ и СР и с ростом DТ увеличиваются скорости обоих процессов.

Рис. 2. Влияние степени переохлаждения

на скорость зарождения и роста кристаллов.

 

От соотношения СЗ и СР зависит раз­мер зерен. При малом переохлаждении, например, при заливке металла в земляную форму с малой теплопроводностью или подо­гретую металлическую форму, скорость роста велика, скорость зарождения сравнительно мала. В этом случае в объеме обра­зуется сравнительно небольшое количество крупных кристаллов.

При увеличении DT, в случае заливки жидкого металла в хо­лодные металлические формы, скорость зарождения возрастает, что приводит к образованию большого количества мелких кри­сталлов.

Размер зерна определяется не только степенью переохлажде­ния, но также температурой нагрева и разливки метал­ла, его химическим составом и особенно присутствием посторонних примесей.

В реальных условиях самопроизвольное зарождение кристаллов в жидком металле затруднено. Источником образова­ния зародышей служат различные твердые частицы: неметалличе­ские включения, оксиды, продукты раскисления. Чем больше примесей, тем больше центров, тем мельче зерна. Иногда в металл специально вводят вещества (модификаторы), которые при кри­сталлизации способствуют измельчению зерна. Модификаторами для стали являются алюминий, ванадий, титан; для чугуна – магний.

При кристаллизации реальных слитков и отливок важную роль играет направление отвода тепла. Схема стального слитка, данная Черновым Д.К., представлена на рис.3.

 

 

Рис. 3. Схема стального слитка.

 

Слиток состоит из трех зон:

1. мелкокристаллическая корковая зона;

2. зона столбчатых кристаллов;

3. внутренняя зона крупных равноосных кристаллов.

Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации. Образуется мелкозернистая структура.

Жидкий металл под корковой зоной находится в условиях меньшего переохлаждения. Число центров ограничено, и процесс кристаллизации реализуется за счет их интенсивного роста до большого размера.

Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты (рис. 4). Растут дендриты с направлением, близким к направлению теплоотвода.

Рис.4 Схема дендрита по Чернову Д.К.

 

Толщина зоны столбчатых кристаллов в значительной степени зави­сит от перегрева металла, так как для его затвердевания требуется от­вести не только скрытую теплоту кристаллизации, но и, в первую оче­редь, теплоту перегрева металла над точкой ликвидуса. Вследствие та­кого двухстадийного отвода тепла в жидкой сердцевине всегда имеется градиент температур. У фронта кристаллизации температура жидкости близка к температуре ее кристаллизации. По оси слитка температура жидкости вскоре после заливки изложницы близка к температуре залив­ки. В дальнейшем температура жидкости у оси постепенно снижается, так как происходит постоянный отвод теплоты перегрева жидкости. В момент, когда температура жидкости у оси становится близкой к темпе­ратуре ее кристаллизации, градиент температур в жидкой сердцевине слитка становится близким нулю, а рост столбчатых кристаллов пре­кращается. Начинается кристаллизация третьей зоны слитка - зоны крупных равноосных, неориентированных кристаллов. Незначительное переохлаждение жидкости вблизи фронта кристаллизации приводит к тому, что в этом слое может возникать небольшое количество зароды­шей кристаллизации, способных к росту. Эти кристаллы растут равно­мерно во всех направлениях и достигают большой величины, поскольку в своем росте они не мешают друг другу. Чем выше перегрев жидкости над точкой ликвидуса, тем большее ко­личество теплоты перегрева жидкости необходимо отвести. Если темпе­ратура заливки металла окажется настолько высокой, что теплота пере­грева жидкости сохраняется практически до конца кристаллизации, то столбчатые кристаллы прорастают до самой оси слитка, а третья зона кристаллизации не возникает.

Если температура заливки близка к температуре кристаллизации ме­талла, то возникают условия для раннего начала формирования третьей зоны слитка.

В процессе кристаллизации в первую оче­редь затвердевает более чистый ме­талл, поэтому границы зерен более обога­щены примесями. Неоднородность хи­мического состава в пределах дендри­та называется дендритной ликвацией.

Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией.

Для малопластичных металлов и для сталей это явление нежелательное, так как при последующей прокатке, ковке могут образовываться трещины в зоне стыка.

Основными дефектами слитка являются усадочная раковина, пористость и ликвация. Усадочная пористость обычно образуется вблизи усадочной раковины и по оси слитка. Образование усадоч­ной раковины и пористости обусловлено тем, что все металлы, кроме висмута, имеют в твердом состоянии меньший удельный объем, чем в жидком.

Методика выполнения работы

Чтобы избежать этих осложнений, модель изложницы (рис.5) изготовляют комбинированной. Две ее стенки представляют плексигла­совые пластинки с низкой… В процессе выполнения работы необходимо взвесить 150 г гипосульфита и нагреть…  

Содержание отчета

1. Кратко изложить причины образования различных кристаллических зон слитка, привести схему модели изложницы, описать последователь­ность проведения опыта.

2. Представить таблицу нарастания толщины затвердевшего слоя для опытов, проведенных при разных температурах.

 

Таблица 1

 

Температура заливки, °С	Толщина δ (см) корочки через время τ, мин	Примечания
				…
К, см/мин1/2

 

В таблице указать среднюю арифметическую толщину корочки для двух сторон. В примечании отметить время, истекшее от момента залив­ки до начала кристаллизации на половине высоты слитка, момент нача­ла образования столбчатых кристаллов и толщину затвердевшей короч­ки из мелких равноосных кристаллов, момент начала образования зоны крупных равноосных кристаллов и протяженность зоны столбчатых кри­сталлов. Необходимо отметить также, были ли заметны нисходящие и восходящие потоки жидкости, в какой части слитка и с какого момента, наблюдалось ли обламывание кристаллов. По данным таблицы строят график, на котором на оси абсцисс откладывается время от начала за­ливки, а на оси ординат – толщина затвердевшего слоя для разных температур заливки. На графике отмечают моменты образования раз­личных зон слитка и указывают их толщину.

3. Привести схемы структур протравленной поверхности слитка. Со­поставить протяженность различных зон по результатам визуального наблюдения за ходом кристаллизации и по результатам их измерения на протравленной поверхности слитка.

4. Сформулировать выводы о влиянии температуры заливки на строение слитка, протяженность различных зон, скорость и продолжи­тельность затвердевания, расположение и размеры усадочной рако­вины, наличие и расположение нисходящих потоков жидкости и обла­мывание столбчатых кристаллов.

5. Рассчитать значение коэффициента затвердевания для указанных выше моментов времени по формуле

К=δ/√τ

и оценить его постоянство или непостоянство в данной работе.

Работа 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И ИХ ИСПЫТАНИЯ

ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ ПО БРИНЕЛЛЮ

Задание

1. Провести испытание на твердость по Бринеллю образцов стали и сплавов цветных металлов различной толщины.

2. Определить твердость.

3. Изучить:

а) схему испытания (с зарисовкой) (и величину) твердости по Бринеллю;

б) устройство автоматического рычажного пресса,

в) выбор диаметра шарика и нагрузки:

г) подготовку образца для испытания;

д) подготовку прибора и проведение испытания;

е) методику измерения отпечатка с помощью лупы (с зарисовкой схемы отсчета по шкале лупы);

ж) определение твердости по таблице.

4. Результаты испытания оформить в виде протокола.

5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк­тами 3а, 3в, 3д, 3е, 3ж и 4 задания.

Цель работы

Ознакомиться с методикой определения твердости металлов по Бринеллю.

Приборы, материалы и инструмент

Для проведения работы необходимо иметь автомати­ческий рычажный пресс; образцы стали и сплавов цвет­ных металлов различной толщины; лупу для измерения диаметра отпечатка; наждачное точило; напильник.

Схема испытания и величина твердости по Бринеллю

Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в испытуемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагруз­ки в течение определенного времени.

Схема испытания на твердость по Бринеллю да­на на pиc. l. В результате вдавливания шарика на по­верхности образца получа­ется отпечаток (лунка). От­ношение нагрузки Р к поверхности полученного от­печатка (шарового сегмен­та) Fдает число твер­дости, обозначаемое НВ:

=, (1)

где P – нагрузка на шарик, кГ; F – поверхность отпечатка, мм²; D – диаметр вдавливаемого шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.

 

 

 

Прибор для испытания на твердость по Бринеллю

Автоматический рычажный пресс. Схема автоматиче­ского рычажного пресса показана на рис. 2. Испытуемый образец (деталь) устанавливают на столике 1 в…  

Подготовка прибора и проведение испытания

2. Наконечник с шариком вставить в шпиндель 4 и укрепить. 3. На столик 1 поместить испытываемый образец. Образец должен плотно лежать на… 4. Вращением рукоятки 2 по часовой стрелке поднять столик и прижать образец к шарику, про­должать вращать рукоятку 2…

Методика измерения отпечатка и определение твердости

Затем, передвигая лупу, надо один край отпечатка совместить с началом шкалы (рис. 5). Прочитать деление шкалы, с которым совпадает противоположный…               …  

ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ ПО РОКВЕЛЛУ

 

Задание

1. Провести испытание на твердость по Роквеллу образцов стали в отожженном и закаленном состоянии, сплавов цветных металлов и твердых сплавов.

2. Определить твердость.

3. Изучить:

а) схему испытания и величину твердости по Роквеллу;

б) устройство прибора типа Роквелла;

в) выбор нагрузки и наконечника;

г) подготовку образца для испытания;

д) контроль прибора;

е) подготовку прибора и проведение испытания.

4. Результаты испытания оформить в виде прото­кола.

5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк­тами 3а, 3в, 3е и 4 задания.

Цель работы

Ознакомиться с методикой определения твердости металлов по глубине вдавливания алмазного конуса или шарика.

 

Приборы, материалы и инструмент

Для проведения работы необходим прибор Роквелла; образцы стали в отожженном и закален­ном состоянии; сплавы цветных металлов; наждачное точило; напильник; шлифовальную шкурку.

Схема испытания и величина твердости по Роквеллу

Испытание на твердость по Роквеллу производят вдавливанием в испытуемый образец (деталь) алмаз­ного конуса* с углом при вершине 120° или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Шарик и конус вдавливают в испытываемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предвари­тельной Р₀ и основной P₁. Общая нагрузка Р будет равна сумме предварительной Р₀ u основной P₁ нагрузок (рис. 6): P = P₀+P₁. Предварительная нагруз­ка Р₀ во всех случаях равна 100 Н*, основная Р₁ и общая Р нагрузки при вдавливании сталь­ного шарика (шкала В) составляют Р₁ = 900 Н. Р = 100 + 9 00 = 1000 Н, а при вдавливании алмазного конуса (шкала С) Р₁ = 1400 Н, Р = 100 + 1400 = 1500 Н; при вдавливании алмазного конуса (шкала А) Р₁ = 500 Н, Р = 100 + 500 = 600 Н.

 

 

 

Число твердости по Роквеллу — число отвлеченное и выражается в условных единицах.

За единицу твердости принята величина, соответ­ствующая осевому перемещению наконечника на 0.002мм. Число твердости по Роквеллу HR опреде­ляется по формулам: при измерении по шкале В HR = 130 – е, при измерении по шкалам С и А HR =100 – е.

Величина е определяется по следующей формуле:

,

где h – глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием общей нагрузки Р, измерен­ная после снятия основной нагрузки P₁ с оставлением предварительной нагрузки Р₀; h₀ – глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием предварительной нагрузки Р₀ (см. рис. 6).

В зависимости от индентора и от нагрузки, при которой проводят испытание (т. е. по какой шкале: В, С или А), число твердости обозначают HRB, HRC, HRA.

Определение твердости на приборе типа Роквелла имеет широкое применение, так как этот прибор дает возможность испытывать мягкие, твердые, а также тонкие материалы. Отпечатки от конуса или шарика очень малы, и поэтому можно испытывать готовые де­тали без их порчи; испытание легко выполнимо и за­нимает мало времени (несколько секунд); не требуется никаких измерений, и число твердости читается прямо на шкале. Значения твердости по Роквеллу могут быть переведены в значения твердости по Бринеллю.

Прибор для испытания твердости по Роквеллу

   

Подготовка прибора и проведение испытания

2. Установить испытываемый образец на стол 6 прибора. 3. Вращением маховика 7 по часовой стрелке стол осторожно поднимать до тех… 4. Вращением барабана 8 установить нуль шкалы С (черного цвета) против конца большой стрелки инди­катора.

ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ ПО ВИККЕРСУ

Задание

1. Провести испытание на твердость по Виккерсу образцов стали различной толщины в отожженном и закаленном состоянии, образцов цементованных, цианированных, азотированных и др.

2. Определить твердость.

3. Изучить:

а) схему испытания и величину твердости по Виккерсу;

б) устройство прибора типа Виккерса;

в) выбор нагрузки;

г) подготовку образца для испытания;

д) контроль прибора;

с) подготовку прибора и проведение испытания;

к) методику измерения отпечатка (с зарисовкой схемы);

з) определение твердости по таблицам.

4. Результаты испытания оформить в виде прото­кола.

5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк­тами 3а, 3в, 3е, 3ж, 3з и 4 задания.

Цель работы

Ознакомиться с методикой определения твердости металлов по Виккерсу.

Приборы, материалы и инструмент

Для проведения работы необходимо иметь прибор типа Виккерса; образцы стали различной толщины и отожженном и закаленном состоянии; цементованные, цианированные, азотированные образцы; наждачное точило; шлифовальную шкурку.

Схема испытания и величина твердости по Виккерсу

Испытание на твердость по Виккерсу проводят вдавливанием в испытываемый образец четырехгран­ной алмазной пирамиды с углом при вершине 136° (рис.9). Твер­дость по Виккерсу определяется, так же, как и твердость по Бринеллю, отношением нагрузки Р (Н), к поверхности полученного отпечатка F (мм²). Величина твердости харак­теризуется символом HV:

 

где a - угол между противополож­ными гранями пирамиды при вер­шине, равный 136°; d — среднее арифметическое длины обеих диаго­налей опечатка после снятия на­грузки в мм.

При испытании применяют нагрузки, равные 50, 100, 200, 300, 500, 1000 Н. Возможность применения малых нагрузок 50, 100 Н позволяет определять твер­дость деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев (например, цементованных, цианированных, азо­тированных и др.).

Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность (МПа) и для материалов твердостью до НВ 4500 практически совпадают. Вместе с тем, измерения пирамидой дают более точные значе­ния для материалов с высокой твердостью, чем измере­ния шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет большой угол в вершине и диагональ ее отпечатка при­мерно в 7 раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения отпечатка даже при проникновения пирамиды на небольшую глубину.

Прибор для испытания твердости по Виккерса.

Основной частью прибора (рис.10) является пово­ротная головка 2, в которой смонтирована оправка с алмазной пирамидой 7, закрытой чехлом 8, специаль­ный измерительный микроскоп 10 для измерения дли­ны диагонали отпечатка и рабочий шпиндель 9.

При повороте рукояткой 1 головки 2 в крайнее левое положение прибор приводится в рабочее состоя­ние, при котором ось рабочего шпинделя 9 совмещает­ся с осью промежуточного шпинделя 14. При повороте рукояткой 1 головки 2 в крайнее правое положение прибор приводится в положение, при котором оптиче­ская ось микроскопа 10 совмещается с центром отпечат­ка. При установке прибора в рабочее положение пру­жина 13 соединяет промежуточный шпиндель 14 с призмой 12 грузового рычага 15. На подвеске 16 гру­зового рычага 15 устанавливают сменные грузы 17.

Столик 3 служит для установки на нем испытывае­мого образца 6. При вращении по часовой стрелке маховика 4 приводится во вращение винт 5, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 3, и образец 6 прижимается к чехлу 8. В правой части прибора имеет­ся грузовой привод с масляным амортизатором 22, при помощи которого приложение нагрузки, выдержка под нагрузкой и снятие нагрузки осуществляются механически за счет энергии опускающегося груза 19. В связи с этим, до прижима образца 6 к чехлу 8 грузовой привод должен быть взведен, что осуществляется нажимом рукоятки 30. При этом подъемный шток 18 удерживается во взведенном положении рычагом 27, жестко связанным с рукояткой 30 взвода, а рычаг 28 запирает всю систему привода во взведенном поло­жении.

Привод включают нажимом на педаль 29 пускового механизма. При этом приводится в движение рычаг 28 и под действием груза 19 опускается втулка 23, опи­рающийся на нее подъемный шток 18 и поршень 21 масляного амортизатора 22. Одновременно опускается грузовой рычаг 15, который опирается на шток 18, при этом алмазная пирамида 7 вдавливается в поверхность образца 6. При опускании втулки 23, шарнирно свя­занной с рычагом 24, соединенным с тягой 25, проис­ходит подъем рычага 26 навстречу штоку 18. Когда шток 18 опустится приблизительно на 16 мм, его нижний конец встречается с рычагом 26. При дальнейшем опускании втулки 23 продолжается подъем рычага 26, при этом поднимается шток 18 и грузовой рычаг 15. К концу хода поршня 21 масляного амортизатора 22 шток 18 придет в начальное положение и снимает на­грузку.

Продолжительность выдержки образца под нагруз­кой регистрируется сигнальной лампочкой 11. В мо­мент приложения нагрузки сигнальная лампочка зажигается, и гаснет, когда нагрузка снята. Продол­жительность выдержки образца под нагрузкой может быть от 10 до 60 с, что достигается изменением ско­рости опускания штока амортизатора регулятором 20.

Выбор нагрузки. Нагрузку выбирают в зависимости от толщины испытываемого слоя металла, которая должна быть, по крайней мере, в 1,5 раза больше диагонали отпечатка.

 

50 100 200 400 50

 

Рис.10. Кинематическая схема прибора Виккерса.

На обратной стороне образца после его испытания не должно обнаруживаться место, где прилагалась нагрузка. Отношение глубины отпечатка к величине его диагонали равно приблизительно 1:7.

При испытании цементованных или других тонких слоев металла нагрузка должна быть тем меньше,чем тоньше слой. Если толщина испытываемого слоя неиз­вестна, рекомендуется произвести несколько испытаний при различных нагрузках (например, при 100, 200 и 500 Н). Если основная масса (сердцевина) образца не влияет на результаты измерений, то числа твердости совпадут или будут близки друг к другу. Если числа твердости при возрастании нагрузки будут уменьшаться, необходимо применять меньшие нагрузки – до тех пор, пока все смежные нагрузки не дадут совпа­дающих или близких друг к другу результатов. Тол­щину или обработку образца записать в графу 2, на нагрузку – в графу 3 протокола испытания.

Подготовка образцов для испытания. Поверхность образца должна быть плоской, гладкой и чистой; с поверхности должна быть удалена окалина, обезуглероженный слой и т.п. При подготовке поверхности образец подвергают обработке на наждачном круге и шлифовальной шкурке.

Контроль прибора. Перед испытанием на твердость по Виккерсу необходимо проконтролировать точность показаний прибора при помощи контрольных брусков, твердость которых заранее известна. При проверке показания прибора должны находиться в пределах чисел твердости, обозначенных на контрольных брусках. Если твердость по прибору не соответствует твердости контрольных брусков, то к показаниям прибора при испытании деталей вводится соответствующая поправка.

Порядок проведения контроля аналогичен порядку проведения испытания (см. далее).

 

Порядок проведения испытания

2. В нижней части микроскопа 10 установить объ­ектив с увеличением 10х или втулку с объективом с увеличением 3,7х. 3. На столик 3 установить испытываемый образец 6. 4. Рукояткой 1 повернуть головку 2 в крайнее левое положение.

Задание

1. Сплав заданного состава расплавить в электропечи.

2. После полного расплавления тигель со сплавом извлечь из печи и при помощи термопары производить измерение температуры расплава через определенные промежутки времени.

3. По полученным данным построить кривую охлаждения (в координатах «температура – время») и определить критические точки.

4. Под микроскопом изучить структуру полученного сплава.

5. Написать отчет по работе в соответствии с пунктами задания и сделать необходимые выводы.

Цель работы

Ознакомиться с принципом построение диаграмм состояния сплавов двухкомпонентных систем.

Приборы, материалы и инструмент

Электропечь, установка для термического анализа, образцы сплавов.

Основные теоретические положения

Металлический сплав представляет собой сложное по химическому составу вещество, которое получается в большинстве случаев путем сплавления двух или… Элементы, входящие в состав сплава, называются компонентами. Сплавы, состоящие… Химический состав сплава определяется отношением весового количества каждого из компонентов к весу всего сплава,…

Описание диаграммы

Рис. 3. Кривые охлаждения сплавов системы А-В.  

Порядок выполнения работы

В отчете по работе следует привести краткие теоретические сведения о диаграмме состояния сплавов с простой эвтектикой. Построить кривую охлаждения…  

Работа 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СТАЛИ

Задание

1. Исследовать структуру двух-трех образцов углеродистой стали.

2. Научиться идентифицировать основные структурные составляющие стали - феррит, перлит, цемента.

3. Зарисовать и кратко описать микроструктуру образцов, указать особенности строения.

4. Для одного-двух образцов доэвтектоидной стали определить содержание углерода.

5. Написать отчет по работе в соответствии с пунктами задания и сделать необходимые выводы.

Цель работы

Научиться исследовать структура стали и определять основные структурные составляющие.

Приборы, материалы и инструмент

Рудный микроскоп МИН-9, образцы углеродистой стали.

Основные теоретические положения

Свойства стали зависят от ее химического состава. Однако при одном и том же содержании углерода эти свойства могут изменяться в широком диапазоне в… Ниже рассматриваются структура и механические свойства углеродистой стали в… Превращения, которые протекают в стали в условиях медленного нагрева и охлаждения, ее фазовый состав и структура…

Порядок выполнения работы

С помощью рудного микроскопа МИН-9 исследуйте микроструктуру 2-3 образцов углеродистой стали. Научитесь идентифицировать основные структурные составляющие стали - феррит, перлит, цемента. Зарисуйте и кратко опишите микроструктуру образцов, укажите особенности строения.

Для одного-двух образцов доэвтектоидной стали определите содержание углерода.

Работа 5. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЧУГУНОВ

Задание

1.Исследовать под микроскопом структуру белых, серых, высокопрочных и ковких чугунов.

2.Определить процент связанного углерода в одном из образцов чугуна.

3.Зарисовать и кратко описать микроструктуру образцов, указать особенности строения.

4.Написать отчет по работе в соответствии с пунктами задания и сделать необходимые выводы.

Цель работы

Исследовать микроструктуру белых и графитизированных чугунов. Изучить маркировку и практическое применение графитизированных чугунов.

Приборы, материалы и инструмент

Металлографические микроскопы. Коллекция микрошлифов чугунов.

Основные теоретические положения

По своим технологическим свойствам чугуны отличаются от сталей лучшими литейными свойствами, но малой способностью к пластической деформации (в… Углерод в чугунах может находиться как в форме цементита, так и в форме… Структура белых чугунов может быть определена с помощью диаграммы состояния «железо-цементит» (рис.1). В соответствии…

Белый чугун

Микроструктура доэвтектического белого чугуна показана на рис.2. Крупные темные участки - это перлит, образовавшийся из структурно свободного… Эвтектический белый чугун представляет собой превращенный ледебурит. Структура заэвтектического белого чугуна состоит из первичного цементита (крупные светлые выделения пластинчатой…

Серый чугун

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и графитных включений. При медленном охлаждении и достаточно высоком содержании кремния и углерода… Пластинки мягкого графита в сером чугуне играют роль надрезов (трещин), т.е. местных концентраторов напряжения в…

Высокопрочный чугун

Регулируя состав и условия охлаждения, можно получать ферритную, перлитную или смешанную структуру матриц (рис. 4). Ферритные чугуны более пластичны по сравнению с перлитными, но уступают им по… По своим механическим свойствам (прочности, ударной вязкости) высокопрочные чугуны приближаются к сталям, сохраняя при…

Ковкий чугун

Такие выделения ослабляют металлическую основу меньше, чем пластинчатые, но больше, чем шаровидные. Поэтому по своей прочности ковкий чугун занимает… Для получения ковкого чугуна вначале получают отливки белого чугуна, применяя… Если после выдержки при 950-1000оС чугуны охладить ускоренно (например, на воздухе), то графитизация эвтектоидного…

Порядок выполнения работы

Результаты изучения представить в виде схематичных зарисовок структуры с обозначением каждой структурной составляющей. Определить процент связанного углерода в одном из образцов чугуна (по заданию… В отчете включить краткие сведения о чугунах и полученные результаты.

Приложение

Определение чисел твердости по Бринеллю

 

Соотношение чисел твердости

По Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК   1. Солнцев Ю.П. Металловедение и технология металлов / Ю.П.Солнцев, В.А.Веселов, В.П.Демянцевич и др. М.: Металлургия,…

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение. 3

Работа 1. Изучение процесса кристаллизации расплава на прозрачной модели 4

Работа 2. Механические свойства металлов и их испытания. 14

Работа 3. Исследование диаграммы состояния и структуры сплавов системы «свинец – олово» 37

Работа 4. Исследование микроструктуры и свойств стали. 47

Работа 5. Исследование микроструктуры и свойств чугунов. 55

Приложение. 65

 

* Конус либо алмазный, либо из твердого сплава.

[1] Если большая стрелка будет откло­нена больше чем на ±5 делений относительно нулевого штриха шкалы необходимо вращением маховика против часовой стрелки опустить стол (снять предва­рительную нагрузку) и испытание провести вновь в другом месте образца.