МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ И РЕМОНТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Т Е Т Р А Д Ь

Лабораторных работ

по дисциплине:

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Для студентов специальности ТКТ

Группа___________________________________________________________

Фамилия и инициалы студента ______________________________________

Москва - 2 0 12

Общие указания

Целью лабораторных работ является развитие у студентов навыков самостоятельной работы на приборах и электрических печах, освоения методов… Перед выполнением очередной лабораторной работы студент обязан проработать… Студенты, не подготовившиеся к выполнению лабораторных работ, не оформившие ранее проделанные работы, к текущему…

РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

А. Испытание на растяжение

1. Произвести испытание на растяжение образца стали и определить предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и относительное… 2. Пользуясь полученными данными при испытании, определить марку… II. Краткие сведения из теории. Указать основные механические свойства, методы их расчета, описать механизм упругой и…

III. Порядок выполнения работы.

Абсолютное удлинение, мм 2. Вычертить образец для испытания на растяжение   d0= … 3. Снять показания силоизмерительного прибора;

Б. Определение ударной вязкости

  II. Произвести испытание и записать результаты: а) запас работы копра б) оставшаяся работа А= GH = кгс·м » Дж… где: F - площадь поперечного сечения образца в месте надреза (по чертежу - 0,8…

Контрольные вопросы

1. Какие характеристики механических свойств определяются при испытании металлов на растяжение?

2. Что называется пределом текучести, как он вычисляется, какова его размерность? Что называется условным пределом текучести?

3. Что называется пределом прочности (временное сопротивление разрыву), как он вычисляется, какова его размерность?

4. Что характеризует пластичность металла, как она определяется?

5. Где на диаграмме растяжения области упругой и пластической деформации?

6. Какие характеристики механических свойств обязательны для определения марки стали по ГОСТ 1050-88?

7. Что называется ударной вязкостью?

8. Как определяют ударную вязкость и какова её размерность?

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

 

РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЁРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1. Ознакомиться с сущностью и методами определения твёрдости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и микротвёрдости. 2. Определить твёрдость образцов стали в отожженном и закалённом состоянии. … II. Краткие сведения о способах определения твёрдости. Вычертить схемы определения твёрдости, указать нагрузки,…

III. Порядок выполнения работы.

Таблица 1 Метод испытания на твёрдость Значение твёрдости Расхождение, % при непосредственном испытании … 2. Для отожженной стали марки . . . . . . . . . .определить по твёрдости… где НВ - твёрдость по Бринеллю;

Контрольные вопросы

1. Что понимают под твёрдостью металлов?

2. Какие способы применяют для определения твёрдости незакалённых сталей и в чем их сущность?

3. Какие наконечники и величины нагрузки на них применяют при определении твёрдости незакалённых и закалённых сталей на приборе Роквелла?

4. Какую размерность имеют числа твёрдости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и микротвёрдости?

5. Какая зависимость существует между твёрдостью по Бринеллю и пределом прочности незакалённой стали, а также какая примерная зависимость существует между твёрдостью по Бринеллю и по Роквеллу (HRC)?

 

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

РАБОТА № 3

МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

II. Краткие сведения о макроскопическом и микроскопическом методах анализа: (определения, сущность, что выявляется, виды изломов, схема… III. Порядок выполнения работы: А. Изучение макроструктуры

Б. Изучение микроструктуры

Задание 5. Изучить устройство металлографического микроскопа и описать его упрощенную схему.       … Задание 6. Зарисовать схемы, иллюстрирующие выявление границ зерен и…   Задание 7. Исследовать под микроскопом поверхность микрошлифа до и после травления и зарисовать…

Контрольные вопросы

1. Что такое макроструктура?

2. С какой целью применяется макроструктурный анализ?

3. Виды изломов металла?

4. Как выявляется общая ликвация и полосчатость строения?

5. Как выявляется ликвация серы?

6. С какой целью применяется микроструктурный анализ?

7. Что такое микроструктура?

8. Что можно выявить, исследуя микроструктуру металла, если микрошлиф не травлен? Что выявляется травлением шлифа?

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

 

РАБОТА № 4

ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ОЛОВО-ЦИНК МЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

I. Цель работы:

Определить критические точки сплавов Sn-Zn, построить диаграмму состояния сплавов олово-цинк, исследовать микроструктуру сплавов.

II. Краткие сведения из теории.

III. Порядок выполнения работы.

а/ провести наблюдения за понижением температуры сплава: Sn =... %, Zn = ...% Журнал наблюдений Номер отсчета … б/ по полученным данным вычертить кривую охлаждения сплава и определить критические точки 1. …

Контрольные вопросы

1. Что называется фазой, компонентом, сплавом?

2. Как строятся диаграммы состояния? Как определяются критические точки?

3. Какие процессы происходят на линиях диаграммы и как называются эти линии?

4. Дать определение понятий структурная составляющая и структура.

5. Что такое эвтектика? Какие сплавы называются эвтектическими?

6. Назовите структурные составляющие данной системы сплавов. Какова структура
доэвтектического и заэвтектического сплавов?

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

РАБОТА № 5

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

I. Цель работы:

1. Изучить диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов;

2. Изучить типичные равновесные структуры углеродистых сплавов, определить марки изучаемых сталей.

II. Краткие сведения из теории

0 1 2 3 4 5 6 6,67 %С   1. Дать определение структурных составляющих и описать процессы, происходящие при охлаждении сплавов на линиях…

III. Порядок выполнения работы.

2. Определить соотношение структурных составляющих в структуре и подсчитать содержание углерода в стали, пользуясь формулами: а - для… где П - площадь, занимаемая перлитом, % 3. Указать марки стали по ГОСТ 1050-88, механические свойства и область их применения. № Структ. …

Контрольные вопросы

1. Дать определение фазовых и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов.

2. Что такое первичная и вторичная кристаллизация?

3. Что представляют собой кристаллы твёрдой фазы, образующиеся при охлаждении сплавов в интервале температур между линиями АС и АЕС, между СД и CF?

4. Какое превращение происходит на линии ECF? Какие фазы образуют эвтектику?

5. Какие превращения начинаются на линиях GS и SE и где они заканчиваются?

6. Какое превращение происходит на линии PSK?

7. Как по микроструктуре определить марку стали?

8. Как маркируются углеродистые конструкционные и инструментальные стали?

9. Что означает буква А в конце марки стали?

10. Как влияет концентрация углерода на механические свойства стали?

 

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

 

РАБОТА № 5

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА СТРУКТУРУ И ТВЁРДОСТЬ СТАЛИ В ОТОЖЖЕННОМ И ЗАКАЛЁННОМ СОСТОЯНИИ

б/ определить оптимальную температуру нагре­ва при закалке до- и заэвтектоидных сталей. II. Краткие сведения из теории. 1. Вычертить в масштабе область сталей…  

III. Порядок выполнения работы.

2. Закалить в воде образцы с установленных температур и определить их твёрдость. Результаты занести в табл. 1. Таблица I № образца Содер­жание углерода, % … 3. Построить графики зависимости

Контрольные вопросы

1. Что такое закалка стали, каковы её цели?

2. Почему значительно повышается твёрдость стали после закалки? Что такое мартенсит?

3. Чем опасен значительный перегрев стали при закалке?

4. Что называется полной и неполной закалкой стали?

5. Какая закалка рекомендуется для доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей?

6. Как изменяются характеристики механических свойств у закалённой стали по сравнению с отожженной?

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

 

РАБОТА № 6

ОТПУСК ЗАКАЛЁННОЙ УГЛЕРОДИС­ТОЙ СТАЛИ

II. Краткие сведения из теории. Описать цели и виды от­пуска. Показать назначение каждого вида отпуска с указанием марок сталей, подвергаемых…

III. Порядок выполнений работы.

Таблица 1 Свойства и структура сталей после закалки и отпуска Марка стали …   HRC             KСU,…

Контрольные вопросы

1. Что такое отпуск закалённой стали? Каковы цели отпуска?

2. Какие структурные изменения имеют место в закалённой на мартенсит стали при повышении температуры отпуска?

3. Как изменяются механические свойства закалённой стали с повышением температуры отпуска?

4. Что такое улучшение стали? Какую структуру имеет улучшенная сталь?

5. Виды отпуска и область их применения.

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

 

РАБОТА № 7

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА С НАГРЕВОМ ТОКОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

I. Цель работы: ознакомиться с процессами поверхностного упрочнения стали. Показать назначение и эффективность каждого способа.

А. Индукционная закалка током высокой частоты

1. Описать сущность поверхностной закалки с применением высокочастотного нагрева. Перечислить преимущества и недостатки закалки с нагревом ТВЧ.… 2. Вычертить принципиальную схему установки ТВЧ для нагрева под поверхностную… 3. Под кривыми распределения температуры и твёрдости по глубине стали 35 написать названия микроструктур в зонах I,…

III. Порядок выполнения работы.

2. Определить визуально на торце образца глубину закалённого слоя. Результаты записать в табл. 2. Таблица 2. Твёрдость и глубина закалённого слоя (Vнагр=150°С) Температура Твёрдость Глубина слоя, …

Б. Цементация

                … 2. Изучить под микроскопом и зарисовать микроструктуры цементованной стали.… 3. Вычертить графики режимов термической обработки изделий после цементации: а - ступенчатая закалка с подстуживанием,…

Контрольные вопросы

1. С какими целями применяют поверхностную закалку и химико-термическую обработку?

2. В чем сущность поверхностной закалки с применением индукционного (высокочастотного) нагрева?

3. Перечислите преимущества и недостатки высокочастотного нагрева?

4. Какие марки стали рекомендуется подвергать закалке с нагревом ТВЧ?

5. В чем сущность цементации? Типы карбюризаторов, применяемых при цементации. Назначение цементации.

6. Какие марки стали рекомендуется подвергать цементации?

7. Какие режимы термообработки применяются после цементации?

8. Режимы азотирования, борирования и хромирования, цели этих обработок. Свойства образующихся диффузионных слоев.

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

 

РАБОТА № 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОКАЛИВАЕМОСТИ СТАЛИ

II. Краткие сведения из теории. Дать определение прокаливаемости, полумартенситной зоны, критической скорости закалки и критического диаметра.… Вычертить диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита… lg t

III. Порядок выполнения работы

скоростях охлаждения /табл.2/ Таблица 1 № Марка стали ГОСТ Химический … 2. Нагреть образцы до температуры закалки. Проверить работу установки для торцевой закалки (сопло-6 мм, высота…

Контрольные вопросы

1. Что понимается под прокаливаемостью сталей?

2. Что такое полумартенситная зона?

3. Что понимается под критическим диаметром стали?

4. Примерно какой критический диаметр у углеродистых ста­лей и у высоколегированных хромоникельвольфрамовых сталей?

5. Какие основные факторы влияют на прокаливаемость стали?

6. Почему легированные стали имеют обычно большую прокаливаемость, чем углеродистые? Какие элементы повышают прокаливаемость, а какие уменьшают?

7. Какие охлаждающие среды применяют при закалке углеродистых и легированных сталей?

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

РАБОТА № 1

СОСТАВ, ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

II. Краткие сведения из теории: 1) Укажите основные цели легирования сталей. 2) Дайте определение жаростойкости и жаропрочности. 3) Перечислите… III. Порядок выполнения работы: Описать микроструктуру, а также указать…     Марка стали 15Х25Т     Химический состав …

Контрольные вопросы

1. Какие стали называются легированными? Как маркируются легированные стали?

2. Что понимается под термином «жаростойкость»?

3. Какие легирующие элементы придают стали жаростойкость?

3. Какие основные цели легирования сталей?

4. Что понимается под жаропрочностью стали? Какие легирующие элементы вводят в сталь для придания ей жаропрочности?

5. Перечислите классы жаропрочных сталей.

6. Какой термообработке подвергают жаропрочные стали?

 

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЧУГУНА

I. Цель работы:

Ознакомиться с основными видами технологических проб, применяемых в литейном производстве для ускоренного контроля структуры чугуна. С помощью технологических проб, ступенчатого и скошенного клиньев, установить влияние химического состава и скорости охлаждения на структуру и механические свойства чугуна.

 

II. Краткие сведения из теории.

 

III. Порядок выполнения работы.

а) влияние углерода и кремния на структуру чугуна для толщины стенки отливки 50 мм.   (C), %               …

А) ковкий чугун

  Контрольные вопросы 1. Укажите структурные составляющие белого, половинчатого, серого чугунов.

РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТМАСС

II. Краткие сведения из теории. Описать основные компо­ненты, входящие в состав пластмасс. Показать назначение каждо­го компонента, дать… III. Порядок выполнения работы. 1. Записать состав пластмасс: а/… 2. Зарисовать схему вырезки образцов из слоистого пласти­ка для испытания на растяжение, сжатие и ударный изгиб

Контрольные вопросы

1. Что является основой пластмасс ?

2. В чем отличие термопластичных полимеров от термореак­тивных?

3. Перечислите основные составляющие пластмасс и их влия­ние на свойства пластмасс?

4. Назовите наименование и состав пластмасс, использован­ных в данной работе.

5. Основные факторы, влияющие на механические свойства пластмасс.

6. Перечислите достоинства и недостатки пластмасс, как конструкционного материала по сравнению со сталью?

 

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя

 

Литература

1. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники: Учебник для вузов ж. д. трансп. /Н.Н. Воронин, Д.Г. Евсеев, В.В. Засыпкин и др.; Под ред. Н.Н. Воронина. - М.: Маршрут - 2004 г.

 

2. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Технология конструкционных материалов» Раздел «кузнечное и литейное производство» / Г.Д. Кузьмина, С.В. Першина. -М.: МИИТ, 2004

 

РАБОТА № 8

ОЗНАКОМЛЕНИЕ СО СТРУКТУРОЙ, СВОЙСТВАМИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

II. Краткие сведения из теории. Описать превращения, происходящие при закалке алюминиевого сплава типа дуралюмин. Дать определение естественному и…     Марка Содержание основных элементов, % сплава Cu Mg Zn …

III. Порядок выполнения работы.

Таблица 1 Твёрдость образцов, HRB   После После старения по…  

Контрольные вопросы

1. Какие операции включает термическая обработка алюминиевых сплавов?

2. В чем разница между естественным и искусственным старением?

3. Как определяется температура закалки сплава типа дуралюмин?

4. Как влияет температура и время старения на прочность алюминиевых сплавов?

5. Какие процессы при старении обуславливают изменения свойств?

6. Что такое удельная прочность? Рассчитайте примерно ее величину для алюминиевых сплавов и сталей. Покажите достоинства и недостатки алюминиевых сплавов по сравнению со сталью.

7. Какие сплавы называются латунями? Как маркируются ла­туни?

8. Какие области на диаграмме Cu-Zn занимают однофазные и двухфазные латуни?

9. Какие области на диаграмме Cu-Sn занимают однофазные и двухфазные бронзы?

10. Какие сплавы называются бронзами? Как маркируются бронзы?

11. Что представляют собой структурные составляющие свинцовистой бронзы Бр СЗО?

12. Какие сплавы называются баббитами? Назначение и маркировка баббитов.

 

Дата выполнения	Фамилия, подпись студента	Подпись преподавателя