ПРАКТИКУМ Технологія машинобудування

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка

 

ПРАКТИКУМ

для студентів механічних спеціальностей 7.09.02.02 «Технологія машинобудування», 7.09.02.14 «Пiдйомно-тpанспоpтнi, будівельні та шляхові машини й обладнання»,

ЗАГАЛЬНІ ПРАВИЛА З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

1. Ознайомлюйтеся з інструкцією з техніки безпеки перед кожною лабораторною роботою.

2. Не вмикайте механізми без дозволу викладача.

3. Не торкайтесь рухомих частин руками, одягом та іншими предметами.

4. Забороняється залишати ввімкнені печі, верстати та прилади без нагляду.

5. Після досліджень вимкніть механізми з мережі електричного струму.

6. Обережно працюйте з хімреактивами.

Лабораторна робота №1

Макроаналіз металів і сплавів

Мета роботи: вивчити методику виявлення макроструктур та вад у металевих виробах; набути навичок у процесі проведення макроаналізу зломів і макрошліфів вилитих, деформованих, термічно оброблених виробів із різних металів та сплавів.

Устаткування, інструменти, матеріали

Бінокулярний мікроскоп, лупа (збільшення до 30 разів), реактиви для виявлення макроструктури сталі, спирт, шліфувальний і фільтрувальний папір, зразки зломів виробів, зразки макрошліфів чорних та кольорових металів, плакати із зображенням характерних макроструктур.

Основні відомості про макробудову

Метод дослідження структури металів і сплавів на порівняно великих зразках неозброєним оком або за незначного (до 30-ти разів) збільшення… Методами макроаналізу визначають: - вид злому — в'язкий, крихкий, утомний, змішаний;

Макрошліфи литих деталей

1. Деталь з алюмінієвої бронзи із запресованою в ній втулкою з олов’янистої антифрикційної бронзи. На мікрошліфі видно: втулку, раковини та газові бульбашки.

2. Чавунні деталі. На мікрошліфі видно внутрішні ливарні раковини і пористість. Газові бульбашки відрізняються від пористості правильною формою та гладкими стінками.

 

Макрошліфи деформованих виробів

1. Гвинт з висадженою головкою. На мікрошліфі видно напрямок волокна, обумовлений текстурою деформації. Волокно повторює обриси головки гвинта, тобто орієнтоване позитивно.

2. Гвинт, виточений із прутка. Напрямок волокна у головці і стрижні – паралельний осі гвинта. Несуча спроможність сильно знижена.

 

Злам чавунних зразків

2. Розлом половинчастого чавуну, що складається із сірого чавуну з ділянками відбілу. У білому чавуні весь вуглець знаходиться у вигляді цементиту,…  

V. Злом стальних зразків

1. Крихкий металічний злом, світлий, майже блискучий, видно величину зерна. 2. Вязко-крихкий розлом. Світла частина - всередині зразка (крихкий розлом),… 3. Шиферний злом. Характеризує сильно виражену текстуру деформації та анізотропію властивостей. Причина - прокатка…

V. Злом кольорових металів

1. Частина зливка сурми. Видно крупні стовпчасті кристали. Характер злому повністю підтверджує дані мікрошліфа.

2. Силумін не модифікований. Зерно крупне.

3. Силумін не модифікований. Деталь відлита в умовах більш високої швидкості охолодження при кристалізації. Зерно більш дрібне.

4. Силумін модифікований натрієм. Зерно дуже дрібне.

5. Молібден Мо, перегрітий до 1870 °С.

 

VІ. Макрошліфи зварних швів

На макрошліфах видно: основний матеріал, присадочний матеріал, зона термічного впливу.

1. Поперечний переріз двохстороннього шва, виконаний автоматичним зварюванням під шаром флюсу на флюсовій подушці. Основний матеріал - сталь 20Х, присадний - сталь 08А.

2. Поперечний переріз шва, сталь 08, глибоке травлення.

3. Поздовжній і поперечний (частина) перерізи шва сталь 20.

4. Поперечний переріз шва, Ст3.

 

VІІ. Макрошліфи загартованих стальних деталей

1. Сталь 45, об’ємне загартування прутка 60 у воді, розрізаний після загартування. Глибина прогартування (світлий обідок) - 6 – 7 мм.

2, 3. Зразки вирізані з валів, які виготовлені зі сталі 40ХН та піддані поверхневому загартуванню з нагрівом струмами високої частоти (СВЧ). Глибина прогартування (світлий обідок) до 1,5 мм.

 

VІІІ. Макрошліфи цементованих деталей

1-6. Поперечні перерізи деталей зі сталей 20, 20ХН, 15ХНФ після цементації, але без загартування. Видно глибину цементації. Зразок №6 - зразок-свідок (цементується у садку разом із деталями. По ньому визначають глибину цементації, не руйнуючи деталі, придатні до подальшого використання).

Послідовність виконання роботи

1. Ознайомитися із сутністю, методами та призначенням макроаналізу.

2. Виконати макроаналіз запропонованих зразків зломів, занотувати в робочому зошиті результати досліджень.

3. Виконати макроаналіз запропонованих макрошліфів. Замалювати в робочому зошиті характерні особливості будови виробів.

4. Виконати травлення запропонованого макрошліфа, провести макроаналіз, замалювати структуру в робочому зошиті, зробити висновки за роботою.

Запитання для самоперевірки

2. Які види аналізу використовуються в техніці? 3. Що визначається в процесі аналізу зломів? 4. Види зломів та їх особливості.

Лабораторна робота №2

Мікроаналіз металів ТА сплавів

Мета роботи: ознайомитися із призначенням і технологією проведення мікроскопічного дослідження металів та сплавів: вивчити будову металографічного мікроскопа; набути практичних навичок виготовлення мікрошліфів і дослідження їх під мікроскопом.

Устаткування, інструменти, матеріали

Шліфувально-полірувальний верстат, металографічний мікроскоп, ексикатор, комплекти зразків для виготовлення мікрошліфів, розчини для травлення мікрошліфів, шліфувальний та фільтрувальний папір, паста ГОИ, настільні лещата, напилки, альбом чи плакат із зображенням схеми мікроскопа і мікроструктур чорних та кольорових металів.

Основні відомості про мікробудову

Мікроаналіз складається з таких етапів: виготовлення мікрошліфів, їх травлення для встановлення структури й вивчення мікрошліфів під мікроскопом. … Виготовлення мікрошліфів починається з вирізання зразків із виробів,… Основними операціями виготовлення мікрошліфів є їх шліфування та полірування. Для зручності роботи розміри зразка…

Порядок виконання робота

2. Виконати шліфування й полірування зразків. 3. Вибрати потрібний реактив і протравити шліф. 4. Визначити якість мікрошліфа під мікроскопом.

Запитання для самоперевірки

2. Яка послідовність виконання мікроаналізу? 3. Опишіть порядок шліфування та полірування зразків. 4. Чому не дозволяється розігрівати зразки при шліфуванні?

Лабораторна робота №3

Структура сталі у зрівноваженому стані

Мета роботи: ознайомитися зі структурами вуглецевих сталей у зрівноваженому стані; набути навичок роботи з металографічним мікроскопом; навчитися визначати кількість вуглецю у відпаленій доевтектоїдній сталі за мікроструктурою.

Устаткування, інструменти, матеріали

Металографічний мікроскоп, ексикатор із комплектами мікрошліфів, плакати з мікроструктурами сталей, циркуль і трафаретні лінійки.

Основні відомості про структуру сталей у зрівноваженому стані

Рисунок 3.1 - Діаграма стану «залізо-вуглець» У залізовуглецевих сплавах зустрічаються одно- та двофазні структурні складові. До однофазних відносять ферит,…

Порядок виконання роботи

2. Замалювати структури, що вивчаються, в зошит, указати склад сталі та відмітити всі структурні складові. 3. Визначити за мікробудовою вміст вуглецю в запропонованому зразку… 4. Накреслити діаграму «залізо-вуглець» та нанести на неї структурні складові.

Запитання для самоперевірки

2. Схарактеризуйте ферит, аустеніт, цементит, графіт, перліт та ледебурит. 3. Подайте класифікацію залізовуглецевих сплавів за вмістом вуглецю. 4. Яку структуру мають залізо, доевтектоїдна, евтектоїдна та заевтектоїдна сталі?

Лабораторна робота №4

Вивчення структури чавунів

Мета роботи: вивчити види чавунів, їх структуру, властивості та галузі використання; набути практичних навичок визначення виду чавунів за мікробудовою.

Устаткування, інструменти, матеріали

Металографічний мікроскоп, ексикатор із комплектами мікрошліфів чавуну, плакат чи альбом із мікроструктурами, зразки — зломи білих та сірих чавунів.

Основні відомості про структуру чавунів

Білі чавуни мають білий, сріблястий злом. Вуглець у таких чавунах міститься у вигляді цементиту. Залежно від умісту вуглецю білі чавуни поділяють на… Структура доевтектичного чавуну за кімнатної температури складається з… Евтектичний чавун на 100% складається з ледебуриту. На мікрошліфі при 20°С на білому фоні цементиту видно темні…

Порядок виконання роботи

1. Використовуючи діаграму «залізо-вуглець» (див. рис. 3.1), ознайомитись із класифікацією та структурою чавунів.

2. Вивчити структуру чавунів під мікроскопом.

3. Замалювати структуру чавунів у зошиті.

4. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

2. Назвіть види чавунів. 3. Білі чавуни, їх різновиди, структура та властивості. 4. Назвіть умови одержання білого чавуну.

Лабораторна робота №5

ВиЗНАЧЕННЯ критичних точок сталі

Мета роботи: вивчити методику визначення критичних точок сталі методом пробних загартувань і вплив температури загартування на твердість загартованої сталі; набути навичок розрахунків критичних точок.

Устаткування, інструменти, матеріали

Муфельна електрична піч, інструменти для загартування, твердомір Роквелла, середовище для загартування (холодна вода), комплекти зразків середньовуглецевої сталі, шліфувальний папір.

Основні положення щодо визначення критичних точок сталі

На діаграмі «залізо-вуглець» (рис. 6.1) критичним точкам Ас1, Ас2, Аст відповідно належать лінії PS, GS, SE. Температура загартування та відпалювання звичайно береться на 30–50°С вище…

Сутність методу пробних гартувань

Точність методу пробних загартувань значною мірою залежить від інтервалу температур нагрівання кожного наступного зразка. У промисловості для… Результати вимірювання твердості залежно від температури нагрівання під… Крім дослідного, використовують розрахунковий метод визначення критичних точок сталі за емпіричними формулами, який…

Порядок виконання роботи

2. Охолоджені після загартування зразки зачистити шліфувальним папером і визначити їх твердість за твердоміром Роквелла. 3. Результати дослідів занести у табл. 5.1. Таблиця 5.1 - Результати гартування доевтектоїдної сталі у воді Номер зразка Температура нагрівання,…

Запитання для самоперевірки

1. Яку роль виконують критичні точки на практиці?

2. Яким лініям та процесам відповідають точки Ас₁, Ас₃, Ас_т?

3. Для чого необхідно визначити критичні точки?

4. Якими методами визначають критичні точки?

5. Сутність методу пробних гартувань.

6. Який вид мають криві «твердість-температура загартування»?

7. Як визначають критичні точки розрахунковим методом?

Література: [3, с. 271].

Лабораторна робота №6

Термічна обробка вуглецевих сталей

Мета роботи: ознайомитися з видами та режимами термічної обробки вуглецевої сталі; набути практичних навичок у виконанні процесів термообробки сталі; вивчити залежність структури та властивостей сталей від термообробки.

Устаткування, інструменти, матеріали

Основні відомості про термічну обробку вуглецевих сталей Термічна обробка — це сукупність операцій нагрівання, витримки та охолодження… Відпалювання — це нагрівання та повільне охолодження металу для переведення із нестійкого в стійкий стан. Мета…

Порядок виконання роботи

Ас3 = 911 - 230 × С, де С - кількість вуглецю в сталі, %. Час нагрівання круглого зразка повинен складати 1–2 хв на 1 мм його діаметра; для квадратного зразка та пластини час…

Запитання для самоперевірки

2. Види термічної обробки сталі. 3. Відпалювання, його призначення, види та режими. 4. Нормалізація сталі, її призначення та режими.

Лабораторна робота №7

Вивчення структури сталі після різних видів термообробки

Мета роботи: вивчити структурні складові вуглецевих сталей після різних видів термічної обробки; встановити зв'язок між структурами сталі з діаграмою стану «залізо-вуглець» та видом термообробки.

Устаткування, інструменти, матеріали

Металографічний мікроскоп, ексикатор із комплектами мікрошліфів, плакати чи альбом із зображеннями мікроструктур сталі, картки з описом стану зразків.

Основні відомості про структури сталі після різних видів термообробки

Після відпалювання залізовуглецеві сплави зрівноважуються і мають найменший запас вільної енергії. Їх структура відповідає діаграмі стану… За певного відпалювання доевтектоїдної сталі з правильним вибором температури… Якщо сталь піддати відпалюванню з температурою нагрівання, значно вищою, ніж точка Ас3, наприклад на 1100 °С, то її…

Порядок виконання роботи

2. Розглянути мікрошліфи, перераховані у п.1, сталей під мікроскопом. 3. Замалювати вивчені структури сталі в зошит, указати для кожної структури… 4. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

2. Схарактеризуйте режими відпалювання вуглецевих сталей. 3. Які структури утворюються у відпаленій сталі? 4. Який процес називається перегріванням сталі та як йому запобігти?

Лабораторна робота №8

Прогартування сталі

Мета роботи: вивчити важливу властивість сталі — прогартовування та способи його визначення; набути практичних навичок визначення прогартовування сталі.

Устаткування, інструменти, матеріали

Установка для визначення прогартовування торцевим способом, твердомір Роквелла, масштабна лінійка, шліфувальний папір, зразки сталей для визначення прогартовування об'ємним та торцевим способами.

Основні відомості про прогартовуваність сталі

Прогартовуваність залежить від хімічного складу сталі, розміру зерен аустеніту, перерізу загартованого виробу та умов охолодження при гартуванні.… Вуглецеві сталі у звичайних умовах гартування при охолодженні у воді повністю… Таблиця 8.1 - Твердість шару зі структурою 50% мартенситу і 50% трооститу Уміст вуглецю, % HRC…

Порядок виконання роботи

а) навести на торцевій поверхні підготовленого зразка лінію діаметра тонко загостреним олівцем; б) виміряти твердість за всім діаметром через кожні 2 мм на твердомірі… в) результати вимірювань занести в табл. 8.2;

Запитання для самоперевірки

2. Яке практичне значення прогартовуваності сталі в техніці? 3. Від чого залежить прогартовуваність сталі? 4. Наведіть приклади марок сталей з різною прогартовуваністю.

Лабораторна робота №9

Відпускання сталі

Мета роботи: ознайомитися з призначенням, видами, режимами відпуску та структурами сталі після відпускання; вивчити вплив температури нагрівання на твердість загартованих сталей, набути практичних навичок у відпусканні сталі.

Устаткування, інструменти, матеріали

Електрична муфельна піч, твердомір Роквелла, щипці, годинник, комплекти загартованих зразків різних сталей, наждачний папір.

Основні відомості про відпускання сталі

Відпускання — це нагрівання загартованої сталі до температур нижчих від критичної точки Ас1, для зменшення внутрішніх напружень та одержання… Внутрішні напруження та спотворення структури знімаються тим повніше, чим вища…

Порядок виконання роботи

2. Виконати відпускання зразків 1-5 протягом 30 хв за температури відповідно 100, 200, 400, 600, 800°С. 3. Охолодити зразки на повітрі, зачистити наждачним папером та виміряти… 4. Результати вимірювань занести в табл. 9.1.

Запитання для самоперевірки

2. Сутність та призначення відпускання сталі. 3. Схарактеризуйте види і режими відпускання. 4. Особливості та призначення низького та середнього відпускань.

Лабораторна робота №10

ЗАГартування сталі

Мета роботи: вивчити залежність твердості загартованої сталі від вмісту в ній вуглецю; набути практичних навичок гартування різних сталей.

Устаткування, інструменти, матеріали

Муфельна електрична піч, інструменти для гартування сталі, твердомір Роквелла, гартувальне середовище (холодна вода), комплект зразків сталі з різним умістом вуглецю, наждачний папір.

Основні відомості про гартування сталі

Загартування вуглецевої сталі в холодній воді гарантує велику швидкість охолодження 500–600°С/с і призводить до утворення мартенситу — пересиченого… Структура сталі після гартування залежить від умісту в ній вуглецю.…

Порядок виконання роботи

2. Нагріти зразки під гартування їх у холодній воді. 3. Після охолодження зачистити зразки наждачним папером та виміряти їх… 4. Занотувати результати досліджень у табл. 10.1.

Запитання для самоперевірки

1. У чому сутність гартування сталі?

2. Від яких факторів залежить гартування сталі?

3. Схарактеризуйте структури: ферит, аустеніт, мартенсит.

4. Від яких факторів залежить твердість мартенситу?

5. Як впливає вуглець на положення точок М_Н і М_К?

6. Схарактеризуйте залишковий аустеніт.

Література: [1, с. 206; 2, с. 104].

Лабораторна робота №11

Цементація сталі

Мета роботи: ознайомитися із сутністю, призначенням, режимами і сферою використання цементації як одного з видів хіміко-термічної обробки; вивчити вплив цементації та наступного гартування на структуру і твердість поверхні й серцевини цементованих деталей.

Устаткування, інструменти, матеріали

Муфельна електрична піч, металографічний мікроскоп, твердомір Роквелла, щипці, годинник, гартувальне середовище (холодна вода), комплекти мікро- і макрошліфів та зразків цементованих деталей (без гартування), наждачний папір.

Основні відомості про цементацію сталі

Найбільш розповсюджені процеси ХТО сталей — цементація, азотування і нітроцементація. Для них розроблені високопродуктивні та легковідтворювані… Усі методи ХТО засновані на явищах дифузії атомів із навколишнього середовища… Один із найрозповсюдженіших видів ХТО — цементація — насичення поверхні сталі вуглецем. Для деталей, що працюють в…

Порядок виконання роботи

1) макро- і мікроаналізом установити ступінь насичення поверхні деталі вуглецем та глибину цементованого шару; 2) визначити твердість цементованого шару і серцевини деталі; 3) установити режим, термообробки і виконати гартування зразків із цементованих деталей;

Запитання для самоперевірки

2. З якою метою виконується ХТО? 3. Схарактеризуйте елементарні процеси ХТО. 4. У чому сутність цементації, для чого вона виконується?

Лабораторна робота №12

Термічна обробка алюмінієвих сплавів

Мета роботи: ознайомитись із видами і режимами термічної обробки алюмінієвих сплавів; з'ясувати сутність структурних перетворень при загартуванні й старінні; набути практичних навичок гартування і старіння алюмінієвих сплавів.

Устаткування, інструменти, матеріали

Муфельна електрична піч, водяна ванна з киплячою водою для старіння, гартувальне середовище (холодна вода), щипці для гартування, годинник, твердомір Роквелла, комплекти зразків термічно зміцнених алюмінієвих сплавів.

Основні відомості з термообробки алюмінієвих сплавів

До першої групи відносять чистий алюміній, а також сплави системи Al-Mn і Al-Mg. Сплави цієї групи зміцнюються тільки наклепуванням, і до них можна… Термічно зміцнені сплави, крім відпалювання, піддають гартуванню і старінню.… Розглянемо механізм гартування алюмінієвих сплавів на прикладі сплаву алюмінію з 5% міді. За кімнатної температура в…

Порядок виконання роботи

2. Результати вимірювань занести до табл. 12.1. Таблиця 12.1 - Залежність твердості алюмінієвих сплавів від температури… 3. За даними табл. 12.1 побудувати графіки залежності твердості НВ досліджених сплавів від температури нагрівання під…

Запитання для самоперевірки

2. На якому явищі засноване гартування алюмінієвих сплавів? 3. Як змінюються структура і властивості сплавів за гартування? 4. Схарактеризуйте процес старіння сплавів.

Лабораторна робота №13

Вивчення структури кольорових металів і сплавів

Мета роботи: ознайомитись з основними сплавами на основі алюмінію, міді й олова; вивчити мікроструктуру найбільш розповсюджених сплавів у різних станах.

Устаткування, інструменти, матеріали

Металографічний мікроскоп, ексикатор із комплектом мікрошліфів, плакати чи альбоми із зображенням мікроструктур, картки з описом стану сплавів.

Основні відомості про структури кольорових металів і сплавів

Силуміни — ливарні сплави алюмінію з кремнієм (вміст Si — 5–14%). Структура цих сплавів за вмістом кремнію до 11,3% (доевтектичні сплави)…  

Порядок виконання роботи

2. Розглянути класифікацію, хімічний склад, структуру, властивості, маркування й використання сплавів на основі алюмінію та міді. 3. Обміркувати структурні особливості антифрикційних сплавів. 4. Вивчити під мікроскопом структури ливарних та деформованих сплавів алюмінію, міді й бабітів.

Запитання для самоперевірки

2. Як розрізняють за кількістю фаз термічно зміцнені алюмінієві сплави? 3. Як визначається присутність перепалу в сплавах? 4. Яку структуру мають силуміни після лиття?

Лабораторна робота №14

Визначення корозійної стійкості алюмінієвих і магнієвих сплавів

Мета роботи: ознайомитися з видами корозії, методами її дослідження і способами захисту від неї; набути практичних навичок щодо визначення швидкості корозії об'ємним методом.

Устаткування, інструменти, матеріали

Прилади для проведення корозійних досліджень, штангенциркуль, лінійка, годинник, комплект зразків, наждачний папір, спирт, вата, нитки, 5-процентний водний розчин НCl і NaCl.

Основні відомості про види корозії

Хімічна корозія відбувається при дії на метал сухих газів і рідких неелектролітів (бензин, масло тощо). Прикладом хімічної корозії може бути… Електрохімічна корозія виникає при дії на метал рідких електролітів — водних… Якщо два метали з різними електродними потенціалами з'єднати провідником і занурити в електроліт, то утворюється…

Порядок виконання роботи

Отримавши завдання, студенті повинні: 1) підготувати зразки для дослідження: зачистити їх поверхні наждачним… 2) установити склянку з електролітом на основу штатива та глибоко занурити в розчин воронку приладу;

Запитання для самоперевірки

2. Чим відрізняється електрохімічна корозія від хімічної? 3. Схарактеризуйте механізм електрохімічної корозії. 4. Види корозії за характером руйнування та за умовами процесу.

Література

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машино-строение, 1990. - 528 с.

2. Материаловедение / Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машино-строение, 1986. - 384 с.

3. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Метария. - М.: Металлургия, 1989. - 488 с.

4. Масленников Ф.И. Лабораторный практикум по металловедению. - М.: Машгиз, 1961. - 258 с.