Реферат Курсовая Конспект
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО - раздел Образование, Шиліна О. П., Шаповалова О. В. Ма...
|
Шиліна О. П., Шаповалова О. В.
МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
ЗМІСТ
Словник термінів
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1
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
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?
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.
Основні типи діаграм стану
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+NM (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: РАm 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.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6
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.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9
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.
– Конец работы –
Используемые теги: Матеріалознавство0.038
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов