Реферат Курсовая Конспект
Тема лабораторной работы: Измерение твердости металлов и сплавов - Лабораторная Работа, раздел Промышленность, Лабораторная Работа № 1 &n...
|
Лабораторная работа № 1
Перечень используемых источников
1. Технология металлов и материаловедение: Учебник для вузов и техникумов /Под ред. Л.Ф. Усовой – Производственное издание. М.: Металлургия, 1987. - 800 с.
2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.; Металлургия, 1984. 384 с.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Лабораторная работа № 2
Тема лабораторной работы: Изучение диаграмм состояния двухкомпонентных систем.
Цель работы:
1. Ознакомиться с методикой построения диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов.
2. Изучить изменение свойств сплавов в зависимости от изменения концентрации компонентов для основных типов диаграмм состояния.
Оборудование:
1. Плакаты диаграмм.
2. Линейка, карандаш.
Содержание и порядок выполнения работы:
Рисунок 1
Построение диаграммы состояний по кривым охлаждения:
А — кривые охлаждения; б — перенос температур ликвидус и солидус на сетку
Рисунок 2
Перечень используемых источников
1. Технология металлов и материаловедение: Учебник для вузов и техникумов /Под ред. Л.Ф. Усовой – Производственное издание. М.: Металлургия, 1987. - 800 с.
2. А.И. Самохоцкий, М.Н. Кунявский Металловедение – М.: Машгиз, 1955 -448 с.
3. Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. пособие для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М. : Металлургия, 1986. – с. 89-141.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Лабораторная работа № 3
Тема лабораторной работы: Анализ диаграммы железо-цементит
Цель работы:
1. Изучить диаграмму состояния железо – цементит.
2. Научиться строить кривые охлаждения для любого сплава.
Оборудование:
1. Плакаты с диаграммой.
2. Линейка, карандаш.
Содержание и порядок выполнения работы:
Рисунок 3 Диаграмма состояния железо - цементит
И кривая охлаждения для сплава содержащего 3 % углерода
Перечень используемых источников
1. Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. пособие для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М. : Металлургия, 1986. – с. 89-141.
2. Технология металлов и материаловедение: учебник для вузов и техникумов / под ред. Л.Ф. Усовой. М. : Металлургия, 1987. – с. 106-123.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Лабораторная работа № 4
Тема лабораторной работы: Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей.
Цель работы:
1. Изучить устройство металломикроскопа и приобрести навыки в работе с ним.
2. Изучить схемы микроструктур углеродистых сталей в равновесном состоянии.
Оборудование:
1. Металлографический микроскопом МИМ-6.
2. Комплект микрошлифов сталей.
3. Линейка, карандаш.
Содержание и порядок выполнения работы:
Рисунок 4
Схема хода лучей в металлографическом микроскопе МИМ-6
Для перевода изображения на фотокамеру нужно с помощью рычага отодвинуть отражательную призму 11 и открыть фотозатвор, при этом лучи проходят через фотоокуляр 13 и, отражаясь от зеркала 14, попадают на матовое стекло фотокамеры 15, вместо которого можно вставить подготовленную к съемке кассету.
При работе с микроскопом следует отрегулировать интенсивность освещения при помощи винтов колпачка 7 (см. рис. 9) и коллектора 3 (см. рис. 10). Для удаления или приближения объектива 12 к шлифу пользуются микрометрическим винтом 5 грубой наводки (см. рис. 9), а затем микрометрическим винтом 6 тонкой наводки. Шлиф перемещается при помощи винтов предметного столика 4, который движется во взаимно перпендикулярных направлениях. Используя вышеперечисленные подвижные части микроскопа, можно добиться четкого изображения структуры металла.
Микроанализ – это исследование металлов и сплавов на специальных образцах (микрошлифах) с помощью металлографических микроскопов при увеличениях до 2000 раз.
Микроанализ применяют для выявления структурных составляющих и изменений внутреннего строения сплавов, происходящих под влиянием различных режимов термической или химико-термической обработки, а также после внешнего механического воздействия на сплав.
Приготовление микрошлифов
Образцы вырезают из того места, которое является наиболее важным в эксплуатационных условиях исследуемого металла или детали.
Одну из плоскостей образца обрабатывают напильником или на абразивном круге, затем эту же плоскость шлифуют и полируют, применяя различные номера шлифовальной шкурки и полирующих смесей.
Полированный шлиф подвергают травлению определенным химическим реактивом для выявления микроструктуры сплава. Для железо-углеродистых сплавов применяют 4%-ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте.
Травление поверхности производится до ее потускнения, пока поверхность не примет слегка матовый оттенок без каких либо пятен. При рассмотрении под микроскопом такой поверхности элементы структуры четко заметны.
Рисунок 5
Рисунок 6
Эвтектоидная сталь 0,8% углерода (в), заэвтектоидная сталь 1,2% углерода (г).
Задания:
1. Изучить устройство микроскопа МИМ – 6.
2. Дать описание схемы хода лучей в металлографическом микроскопе МИМ-6.
4. Дать определение, какой сплав называется сталью.
5. Дать характеристику структурных составляющих сплава: феррит, аустенит, цементит, перлит (определение, содержание углерода, механические свойства).
6. Зарисовать схемы микроструктур исследуемых сталей.
Перечень используемых источников
1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.; Металлургия
2. Блинов И.С. Справочник технолога судоремонтного завода. – М.: Транспорт, 1979.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
Лабораторная работа № 5
Тема лабораторной работы: Изучение микроструктуры и свойств чугунов.
Цель работы:
1. Изучить микроструктуру серых, ковких и высокопрочных чугунов.
2. Установить связь между составом, условиями получения и структурой.
Оборудование:
1. Металлографический микроскопом МИМ-6.
2. Комплект микрошлифов чугунов в нетравленом и травленом виде.
3. Линейка, карандаш.
Содержание и порядок выполнения работы
Микроструктура серых чугунов
При рассмотрении в микроскоп нетравленого микрошлифа серого чугуна хорошо видны включения пластинчатого графита (рисунок 7). На величину и расположение включений графита влияют скорость охлаждения, температура и время выдержки расплавленного чугуна перед отливкой, химический состав чугуна, введение в чугун некоторых примесей (модификаторов).
Рисунок 7
Включения пластинчатого графита. Шлифы нетравленые (Х100):
Рисунок8 Рисунок 9
Ферритный серый чугун — Ферритно-перлитный серый чугун —
Феррит + пластинчатый графит феррит + перлит + пластинчатый графит
А — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рисунок 10 Рисунок 11
Перлитный серый чугун — Серый чугун с фосфидной эвтектикой —
перлит + пластинчатый графит перлит + пластинчатый графит +
Фосфидная эвтектика
А — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Микроструктура высокопрочных чугунов
Микроструктура высокопрочных чугунов в нетравленом виде.
При рассмотрении в микроскоп нетравленого микрошлифа высокопрочного чугуна хорошо видны включения шаровидного графита (рисунок 12).
Рисунок 12 Рисунок 13
Высокопрочный чугун – Ферритный высокопрочный чугун—
Включения шаровидного феррит+шаровидный графит
графита, шлиф а — микроструктура (Х500);
Нетравлен (Х100) б — схема микроструктуры
Рисунок 14 Рисунок 15
Ферритно-лерлитный высокопрочный чугун— Перлитный высокопрочный чугун —
Феррит + перлит + шаровидный графит перлит + шаровидный графит
А — микроструктура (Х100); б — схема микроструктуры
В высокопрочных чугунах могут быть те же типы структур, которые были указаны для серых чугунов но графит в этих чугунах шаровидный. Таким образом, возможны следующие типы микроструктуры высокопрочных чугунов: феррит + шаровидный графит — ферритный высокопрочный чугун (рисунок 13); феррит + перлит + шаровидный графит — феррито - перлитный высокопрочный чугун (рисунок 14) соотношение между количеством феррита и перлита в высокопрочном чугуне может быть различным в зависимости от химического состава и условий охлаждения); перлит + шаровидный графит — перлитный высокопрочный чугун (рисунок 15).
Микроструктура ковких чугунов
При рассмотрении в микроскоп нетравленого микрошлифа ковкого чугуна хорошо видны включения хлопьевидного графита (углерода отжига) (рисунок 16).
Рисунок 16 Рисунок 17
Ковкий чугун (Х100) Ферритный ковкий чугун —
Феррит + хлопьевидный графит
А — микроструктура (Х200); б — схема микроструктуры
Металлическая основа ковкого чугуна может быть ферритной, феррито-перлитной и перлитной. В соответствии с этим различают ковкий чугун ферритный (рисунок17) феррито-перлитный (рисунок 18) и перлитный (рисунок 19).
Рисунок 18 Рисунок 19
Ферритно-перлитный ковкий чугун — Перлитный ковкий чугун —
Феррит+перлит+хлопьевидный графит перлит и хлопьевидный графит
А — микроструктура (Х200); б — схема микроструктуры
Задания:
1. Изучить микроструктуры серых, высокопрочных и ковких чугунов: в нетравленом виде — форму включений графита; после травления — структуры ферритных, феррито-перлитных и перлитных чугунов.
2. В серых, высокопрочных и ковких чугунах определить (приблизительно) содержание связанного углерода по микроструктуре, исходя из количества перлита.
3.Результаты микроанализа чугунов в травленом виде оформить в виде протокола.
4. Кратко описать способы получения высокопрочного и ковкого чугунов.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунктами 2 и 3 задания.
Перечень используемых источников
1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.; Металлургия
2. Блинов И.С. Справочник технолога судоремонтного завода. – М.: Транспорт, 1979.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Лабораторная работа № 6
Тема лабораторной работы: Термическая обработка металлов. Закалка.
Цель работы:
1. Ознакомится с основными видами термической обработки углеродистых сталей.
2. Приобрести навыки проведения операций термической обработки.
Оборудование:
1. Муфельные печи.
2. Металлографический микроскопом МИМ-6.
3. Твердомер ТК.
4. Комплект образцов углеродистых сталей.
Содержание и порядок выполнения работы
Термическая обработка заключается в нагреве детали до определенных температур, выдержке при этой температуре и охлаждении с той или иной скоростью. При этом происходит изменение структуры, а следовательно, механических и технологических свойств обрабатываемой детали.
При нагревании и охлаждении в железоуглеродистых сплавах происходят превращения при определенных температурах, называемых критическими точками. При нагревании их принято условно обозначать АС1 АС3, АCm; при охлаждении - Аr1 Аr3, Аrm (рисунок 20).
Закалка — это процесс, который заключается в нагреве стали выше критических температур АС3, АС1 на 30…50°С, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении в воде, масле или других охлаждающих средах. Основная цель закалки — получение высокой твердости и прочности.
Резкое увеличение твердости и прочности в процессе закалки происходит за счет изменения структуры в процессе нагрева и охлаждения, за счет образования неравновесных, твердых структур — мартенсита, троостита и сорбита.
Температура нагрева под закалку зависит от химического состава стали. Доэвтектоидную углеродистую сталь нагревают выше критической температуры АС3 на 30…50°С, а эвтектоидную и заэвтектоидную стали нагревают выше АС1 на 30…50°C. Температура под закалку доэвтектоидной стали изменяется с изменением содержания в стали углерода, температура нагрева заэвтектоидных сталей постоянна и равна 770…780° С.
Нагрев деталей должен быть медленным, чтобы не возникали напряжения и трещины. Время нагрева зависит от химического состава стали, от формы и размеров детали. Время выдержки должно быть достаточным, чтобы весь процесс превращения феррито-цементитной смеси в аустенит полностью завершился. Продолжительность выдержки обычно составляет 25% общего времени нагрева. Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы обеспечить получение нужной структуры — мартенсита, троостита или сорбита, т. е. обеспечить необходимые механические свойства обрабатываемой детали.
Для успешного проведения термической обработки правильный выбор закалочной среды имеет большое значение. Закалку среднеуглеродистых сталей производят в воде при температуре 18° С, а большинства остальных сталей— в масле.
Превращения в сталях при нагревании носят кристаллизационный характер, т. е. при этом происходит образование центров зародышей и последовательный их рост.
Исходная структура всех сталей представляет собой смесь двух фаз - феррита и цементита.
При медленном нагревании до температуры Ас1 (723° С) никаких превращений в стали не происходит. При достижении критической точки АC3 перлит переходит в аустенит.
При дальнейшем нагреве в доэвтектоидных сталях происходит постепенное растворение феррита в аустените, а в заэвтектоидных сталях — растворение вторичного цементита в аустените. При температуре выше линии GSE стали будут иметь однородную структуру — аустенит.
Рисунок 20
А б в
Рисунок 21. Структуры семейства перлитов:
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое закалка?
2. Какова цель закалки?
3. Дать определение структурным составляющим после закалки.
4. Что такое отжиг и для чего предназначен?
5. Чем отличается отжиг первого и второго рода?
6. Цель диффузионного отжига?
Перечень используемых источников
1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.; Металлургия
2. Блинов И.С. Справочник технолога судоремонтного завода. – М.: Транспорт, 1979.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Лабораторная работа № 7
Тема лабораторной работы: Термическая обработка металлов. Отпуск.
Цель работы:
1. Ознакомится с основными видами отпуска углеродистых сталей.
2. Приобрести навыки проведения операций отпуска углеродистых сталей.
Оборудование:
1. Муфельные печи.
2. Металлографический микроскопом МИМ-6.
2. Твердомер ТК.
4. Комплект образцов углеродистых сталей.
Содержание и порядок выполнения работы
Отпуск — это завершающая операция термической обработки, формирующая структуру, а следовательно, и свойства стали. Назначение отпуска — снять внутренние напряжения, возникшие в процессе закалки, и получить необходимую структуру. Процесс отпуска заключается в нагревании стали до температуры ниже AС1, выдержке при этой температуре и охлаждении. В зависимости от температуры нагрева закаленной детали различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий.
Рисунок 22. Температурные интервалы отпуска стали
Низкий отпуск производится при температурах 150…250ºС с целью уменьшения закалочных напряжений при сохранении мартенситной структуры. Твердость детали после низкого отпуска почти не изменяется. Низкий отпуск применяется для углеродистых и легированных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износоустойчивость.
При первой стадии отпуска (150ºС) происходит зарождение карбидов, перераспределение углерода в мартенсите — образуются участки, где концентрация атомов углерода существенно выше среднего количества его в решетке мартенсита. В этих участках образуются зародыши ε-карбидной фазы, отличной от Fe3C.
Таким образом, на первой стадии отпуска содержание углерода в разных участках мартенситных кристаллов оказывается крайне неоднородным. Такой мартенсит называется мартенситом отпуска (рис. 23,6).
Средний отпуск производится при температурах нагрева 350…500°С и применяется для пружинных и рессорных сталей, а также для сталей, идущих на изготовление штампов.
При второй стадии отпуска происходит обособление карбидов. Повышение температуры ведет к дальнейшей диффузии углерода из мартенсита отпуска к образовавшимся зародышам карбидов и к росту последних. После достижения критических размеров зародышей напряжения в участках межфазных границ приводят к нарушению когерентных связей в решетках и карбиды обособляются в самостоятельные кристаллы. Дальнейший нагрев до 400…450°С приводит к полному выделению углерода в виде FeαC из твердого раствора, что сопровождается снятием внутренних напряжений. К 450°С структура стали «феррит + карбиды» оказывается в весьма мелкодисперсном состоянии. Такая структура называется трооститом отпуска (рис. 23, в).
Высокий отпуск производится при температурах нагрева 500…650°С и применяется для конструкционных сталей. При 500...600°С частицы цементита в феррите имеют размеры ~0,1∙10-3 мм. Подобная структура называется сорбитом отпуска (рис. 23, г). Основным отличием структур типа троостита и сорбита отпуска от троостита и сорбита закалки является сфероидальная форма частиц цементита в структурах отпущенной стали, в то время как у структур после распада аустенита форма частиц пластинчатая.
Рисунок 23. Микроструктуры мартенсита и продуктов его отпуска:
а — мартенсит; б — мартенсит отпуска при 120°С;
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение понятию отпуск?
2. Какова цель отпуска?
3. Дайте определение структуре троостита.
4. Дайте определение структуре сорбита.
5. Какими свойствами обладает структура сорбита?
6. Какому виду отпуска подвергают рессоры и пружины?
7. Какой вид отпуска нужно назначить для получения высоких характеристик твердости?
Перечень используемых источников
1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.; Металлургия
2. Блинов И.С. Справочник технолога судоремонтного завода. – М.: Транспорт, 1979.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ОТПУСК
1. Цель работы.
2. Оборудование.
3. Начертить угол диаграммы железо-цементит показывающий температурные интервалы отпуска стали
4. Дайте определение и укажите механические свойства микроструктур: мартенсит отпуска, троостит и сорбит отпуска.
5. Результаты наблюдений занести в таблицу
Марка стали | Вид термообработ-ки | Диаметр или толщина образца, мм | Режим термообработки | Твер-дость, HRC | Реак-тив для травления | ||
Температура нагрева, ºС | Время выдержки, мин | Охлаждающая среда | |||||
Время выдержки при температуре отпуска определяется из расчета 2-3 мин на 1 мм диаметра или толщины образца.
6. Зарисовать схемы микроструктур после отпуска (перлит, сорбит, троостит).
7. Дать ответы на вопросы лабораторных работ № 6,7
Работу выполнил Работу принял
________________________ ________________________
"____"______________20___г. "____"______________20___г.
Лабораторная работа № 8
Тема лабораторной работы: Изучение микроструктуры и свойств цветных сплавов.
Цель работы:
1. Изучить микроструктуру меди, бронз и латуней.
2. Научиться определять механические свойства по диаграмме состояния медь – олово и влияния олова на механические свойства.
Оборудование:
1. Металлографический микроскопом МИМ-6.
2. Комплект микрошлифов.
3. Диаграммы состояния и механических свойств.
4. Линейка, карандаш.
Содержание и порядок выполнения работы
Медь — металл красноватого цвета, кристаллизуется в решетку ГЦК. Плотность меди — 8,94 г/см3. Температура плавления — 1083°С. Медь обладает высокой пластичностью.
Сплавы меди с цинком называются латунями. В равновесных условиях при содержании цинка до 39% образуется твердый раствор α (рис. 24, а). При большем содержании цинка образуется твердая β-фаза (СuZn), обладающая высокими твердостью и хрупкостью. В отличие от равновесного состояния β-фаза появляется в структуре при содержании цинка около 30%. В соответствии с изменением структуры изменяются механические свойства. В области α-твердого раствора увеличение содержания цинка вызывает повышение прочности и пластичности латуни (рис. 24, б).
Рисунок 24. Диаграмма состояния Cu-Zn (а) и влияние цинка на механические свойства (б)
Появление β-фазы сопровождается резким снижением пластичности. Прочность продолжает повышаться при увеличении содержания цинка до 47% (в равновесном состоянии), пока латунь находится в двухфазном состоянии. Переход латуни в однофазное состояние со структурой β-фазы вызывает резкое снижение прочности. Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45% Zn. Ввиду высокой хрупкости сплавы с большим содержанием цинка не применяются.
Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу, но уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость.
Все латуни по способу изготовления деталей разделяются на деформируемые и литейные.
Деформируемые латуни — это однофазные α-латуни. Из деформируемых латуней детали изготавливают методом обработки давлением (ковка, штамповка, прокатка) чаще в холодном состоянии.
Литейные латуни — это двухфазные α+β латуни. Вследствие небольшого температурного интервала кристаллизации они обладают низкой склонностью к дендритной ликвации, высокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью. Но они не применяются для фасонных отливок, так как имеют большую концентрированную усадочную раковину.
Двухфазные латуни ввиду малой пластичности при низких температурах подвергают горячей обработке давлением (изготавливают листы, прутки, трубы, штамповки).
Латуни маркируют буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах. Марки латуней: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л62 — это однофазные α-латуни. Латуни с высоким содержанием меди (Л 80) имеют цвет золота, их применяют для ювелирных и декоративных изделий. Такие латуни называют томпаком.
Латунь Л59 — это литейная (α+β) латунь.
Кроме двойных латуней — сплавов только меда и цинка, применяют специальные латуни. В эти сплавы для придания тех или иных свойств дополнительно вводят различные элементы: свинец — для улучшения обрабатываемости резанием (ЛС 59-1, содержит 59% меди и 1% свинца), олово для повышения сопротивления коррозии (ЛО 70-1 — морская латунь, содержит 70% меди и 1% олова), алюминий и никель — для повышения механических свойств (ЛАН 59-3-2, содержит 59% меди, 3% алюминия и 2% никеля). Присадка всех элементов (кроме никеля) по влиянию на структуру равносильна увеличению содержания цинка.
Бронзы — сплавы меди с любыми другими элементами, кроме цинка. Цинк может входить в состав бронз, но не как основной элемент.
В зависимости от входящих в сплав элементов различают оловянистые, свинцовистые, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые и другие бронзы.
Оловянистые бронзы. Медь с оловом образует ряд твердых растворов. При содержании олова до 12% в равновесных условиях образуется однородный α-твердый раствор олова в меди (рис. 25, а). Ввиду большого температурного интервала кристаллизации сплавы склонны к ликвации, и уже при содержании олова более 5-8% в реальных условиях кристаллизации в структуре сплава присутствует эвтектоид (α+δ). Он обладает высокой твердостью и хрупкостью. Поэтому практическое значение имеют бронзы, содержащие до 10% Sn.
Рисунок 25. Диаграмма состояния Cu-Sn (а), и влияние олова на механические свойства (б)
Бронзы делятся на деформируемые и литейные. Если Sn < 4-5%, бронзы состоят из твердого раствора α мягкого и пластичного, и такие бронзы относятся к деформируемым. Наряду с хорошей электрической проводимостью, коррозионностойкостью и антифрикционностью деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления пружин и пружинящих деталей в точной механике, электронике и др.
При содержании Sn > 6% появляется твердая и хрупкая δ-фаза, что исключает возможность обработки давлением, и детали из таких бронз изготавливают методом литья. Такие бронзы относят к группе литейных. Наряду с хорошей коррозионной стойкостью литейные бронзы обладают хорошими литейными свойствами, в частности, малой усадкой. Усадка бронзы составляет менее 1%, в то время как у латуни усадка — 1,5%, а у сталей — более 2%. Наиболее сложные по конфигурации отливки обычно отливают из бронз.
Влияние олова на механические свойства меди аналогично влиянию цинка, но проявляется более резко. Уже при 5% олова пластичность сплава начинает падать (рис. 25, 6).
В литой бронзе наличие твердого эвтектоида в мягком твердом растворе обеспечивает высокую стойкость против истирания и хорошую прирабатываемость. Бронза с 10% Sn является лучшей антифрикционной бронзой и её применяют как подшипниковый сплав.
Двойные оловянистые бронзы применяют редко, так как они дорогие. Оловянистые бронзы легируют Zn, Рb, Ni, Р. Для экономии более дорогостоящего олова в бронзы добавляют от 2 до 15% Zn. В таком количестве он полностью растворяется в α-твердом растворе, что повышает механические свойства. Кроме того цинк улучшает жидкотекучесть бронз, повышает плотность отливок, способность к сварке и пайке.
Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием, находясь в виде отдельных включений и определяя ломкость стружки. Это бронзы Бр ОЦ 4-3, Бр ОЦС 5-5-5 и др.
Фосфор раскисляет бронзу, повышает ее жидкотекучесть, износостойкость (благодаря наличию твердых включений Сu3Р). Это бронзы Бр ОФ 4-0,25, Бр ОФ 6,5-0,4 и др.
Никель способствует измельчению структуры и повышению механических свойств (Бр ОЦСН 3-7-5-1 и др.).
Бронзы маркируются буквами Бр, затем следуют русские буквы, показывающие, какие легирующие элементы содержит бронза, а затем следуют цифры, показывающие содержание их в процентах соответственно.
Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими, антифрикционными и антикоррозионными свойствами. По сравнению с оловянистыми бронзами, алюминиевые бронзы дешевле, прочнее и технологичнее (обладают большей жидкотекучестью, но и большей усадкой).
В равновесных условиях при содержании алюминия до 9% бронзы однофазные. При реальных скоростях охлаждения при содержании алюминия 6-8% в структуре сплавов появляется эвтектоид, что приводит к резкому снижению пластичности.
Однофазные бронзы (БрА5, БрАб) хорошо сопротивляются коррозии, легко обрабатываются давлением и в холодном состоянии, превосходят оловянистую бронзу по прочности (БрА7 — σв=420 МПа, δ=70%). Это деформируемые бронзы.
Двухфазные бронзы применяют для изготовления фасонных отливок. Такие бронзы подвергают также горячей обработке давлением. Они отличаются высокой прочностью (σв=600 МПа) и твердостью (НВ>1000).
В алюминиевые бронзы вводят также железо, никель, марганец. Например, БрАЖ 9-4—двухфазная антифрикционная бронза, стойкая в морской воде, обрабатывается давлением и льется. Железо измельчает зерно, повышает антифрикционные и механические свойства (НВ 1800). Бр АЖН 10-4-4 упрочняется термической обработкой. После закалки от 980°С и старения при 400°С в течение 2 ч твердость увеличивается до 4000 НВ (в отожженном состоянии НВ 1400-1600). Из такой бронзы изготавливают детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенных температурах (400-500°С): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов, турбин, шестерни и др. Высокими механическими, антикоррозионными и технологическими свойствами и меньшей стоимостью обладает бронза Бр АЖМц 10-3-1,5.
Кремнистые бронзы содержат до 3% Si, характеризуются хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами. Литейные свойства их хуже, чем оловянистых, алюминиевых бронз и латуней, они обладают высокой пластичностью и хорошей обрабатываемостью давлением, хорошо свариваются и паяются. Выпускают их в виде лент, полос, прутков, проволоки. Изготовляют пружины, мембраны и другие детали приборов, работающих в пресной и морской воде. Марки кремнистых бронз: Бр КЦ 4-4, Бр КН 1-3, Бр КМц 3-1.
Бериллиевая бронза (БрБ2) относится к сплавам, упрочняемым термической обработкой. В равновесном состоянии бронза двухфазная (α+γ). При нагреве до температуры 760-780°С образуется однородный твердый раствор α. Путем быстрого охлаждения (закалки) сохраняется однофазное состояние.
Твердый раствор будет пересыщенным. После закалки бронза обладает высокой пластичностью (8=40%) с низкой прочностью (σв=450 МПа). В процессе последующего отпуска при температуре 300-350°С происходит выделение дисперсных частиц γ-фазы (старение), что приводит к резкому упрочнению (σв= 1250-1400 МПа, δ=3-5%).
Бронза хорошо сваривается, сопротивляется коррозии и обрабатывается резанием. Ее применяют для изготовления пружин, мембран, деталей, работающих на износ (кулачки полуавтоматов), в электронной технике. Бронзу легируют также титаном (0,1-0,25%), и никелем: Бр БИТ 1,9; Бр БИТ 1,7.
Свинцовистые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди, поэтому сплавы в твердом состоянии состоят из кристаллов меди и включений свинца.
Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Бр С30 широко применяется для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих с большими скоростями при повышенных давлениях. По сравнению с оловянистыми теплопроводность бронзы Бр С30 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.
Бронза Бр С30 обладает невысокими механическими свойствами (σв=60 МПа, δ=4%), поэтому ее наплавляют тонким слоем на стальные ленты.
Задания:
1. Просмотреть микрошлифы меди, латуни и бронзы.
2. Зарисовать микроструктуры с указанием структурных составляющих, марок сплава и химического состава.
3. Описать свойства сплавов и применение их в машиностроении.
4. Составить отчет.
Вопросы для самоконтроля
1. Какими свойствами обладает медь и где она применяется?
2. Как называются сплавы на основе меди с цинком, какими свойствами они обладают и где применяются?
3. Какие сплавы на основе меди называются бронзами, какими свойствами они обладают и где применяются?
4. Каким строением и какими свойствами должны обладать подшипниковые сплавы, применяемые в подшипниках скольжения?
Перечень используемых источников
1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.; Металлургия
2. Блинов И.С. Справочник технолога судоремонтного завода. – М.: Транспорт, 1979.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
Лабораторная работа № 9
Тема лабораторной работы: Изучение микроструктуры и свойств алюминиевых сплавов
Цель работы:
1. Изучить свойства и область использования алюминиевых сплавов.
2. Изучить микроструктуры.
Оборудование
1. Металлографический микроскопом МИМ-6.
2. Диаграмма состояния.
3. Комплект микрошлифов.
4. Линейка, карандаш.
Содержание и порядок выполнения работы
Рисунок 26. Диаграмма состояния Al-легирующий элемент
Сплавы с содержанием второго компонента меньше предела растворимости при высокой температуре (m%, рис. 26) обладают наибольшей пластичностью и наименьшей прочностью при высокой температуре, следовательно, хорошо подвергаются горячей обработке давлением.
Наличие эвтектики резко уменьшает пластичность, способность обрабатываться давлением и уже при небольшом содержании эвтектики такая обработка становится неосуществимой.
Такие сплавы обладают хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью) и относятся к группе литейных. Однофазные алюминиевые сплавы (1, рис. 26) не упрочняются термической обработкой; наличие переменной растворимости определяет возможность термического упрочнения (2, рис. 26).
К деформируемым не упрочняемым термической обработкой относятся сплавы А1-Мn (сплавы АМц) и А1-Мg (сплавы АМг). Они характеризуются сравнительно невысокой прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Марганец улучшает коррозионную стойкость сплава; магний помимо этого снижает плотность сплава, повышает прочность, не снижая пластичности.
В деформируемых алюминиевых сплавах, упрочняемых термической обработкой, медь — основной второй элемент. К таким сплавам относятся дюралюмины. Это сплавы системы А1-Сu-Мg. Маркируют их буквой Д. Наибольшее распространение получили сплавы Д1 и Д16. Дюралюмины широко применяют в авиации. Из сплава Д1, например, изготовляют лопасти воздушных винтов, из Д16 — шпангоуты, лонжероны. Их используют для строительных конструкций, кузовов грузовых автомобилей и др.
Недостатком дюралюминов является их низкая коррозионная стойкость. Поэтому для защиты от коррозии листы дюралюмина покрывают тонким слоем алюминия высокой чистоты толщиной, составляющей 4% от толщины листа. Процесс называют плакированием.
Высокопрочные алюминиевые сплавы маркируют буквой В. Это сплавы системы А1-Zn-Мg-Сu. Наиболее типичным представителем этой системы является сплав В95 (5-7% Zn; 1,8-2,8% Мg; 1,4-2% Сu; 0,1-0,25% Сr). Наибольшее упрочнение вызывают закалка (465-475°С) и искусственное старение (140°С, 16 ч). После такой обработки сплав В95 имеет σв = 560-600 МПа; δ = 9-12 %; НВ 1500. Сплав В96 σв = 700 МПа; δ = 7%; НВ1900.
Сплавы применяют для высоконагруженных деталей, работающих в основном в условиях сжатия.
Литейные алюминиевые сплавы содержат в структуре эвтектику, что уменьшает пластичность, способность прокатываться, коваться, но при этом сплавы обладают хорошими литейными свойствами (высокая жидкотекучесть, малая усадка).
Высокими литейными свойствами обладают сплавы системы А1-Si с содержанием кремния 12-13% (рис. 27). Такие сплавы называют силуминами. По структуре они являются заэвтектическими, состоят из грубой игольчатой эвтектики (α+Si), включений первичного кремния и обладают повышенной хрупкостью (σв = 200-220 МПа; δ = 2-3%). Но если перед разливкой ввести в сплав незначительное количество NаС1 (2-3%), то сплав становится доэвтектичеким (пунктирные линии на рис. 27), структура его будет состоять из светлых первичных выделений алюминия и мелкозернистой эвтектики (σв = 220-230 МПа; δ = 10-12%).
Сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, показывающей номер сплава в ГОСТе. Типичным представителем сплава А1-Si является сплав АЛ2 (σв= 180 МПа; σ0,2 = 80 МПа; δ = 7%). Его применяют для отливок сложной формы, от которых не требуются высокие механические свойства.
Рисунок 27. Диаграмма состояния Al-Si
Алюминиевые сплавы, работающие при температурах порядка 200-300 °С (поршень, головка цилиндра и т.п.), относят к жаропрочным. Эти сплавы легируют дополнительно никелем, железом и титаном. Чем сложнее состав сплава и состав выделяющихся фаз, тем медленнее происходит разупрочнение сплава при высоких температурах. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготовляют детали, работающие при температурах 275-300°С (поршни, головки цилиндров и др.). Для крупногабаритных деталей, работающих при 300-350°С, применяют сплав АЛ21 (0,8-1,3% Мg, 0,15-0,25% Мn, 4,6-6% Сu, 0,1 -0,25% Сr, 2,6-3,6% Ni) , и сплав АЛ33 (0,8-1,2% Ni, 0,05-0,2% Zn, 0,15-0,3% Gе, 0,6-1,0% Мn, 5,5-6,2% Сu).
Для деталей, изготовляемых ковкой (например, лопасти винта), кроме высоких механических свойств, от сплава требуется хорошая пластичность в горячем состоянии. В таких случаях применяют или дюралюминий обычного состава (он обозначается АК1) или другие сплавы, по составу близкие к дюралюмину (АК6, АК8). Ковку и штамповку сплавов проводят при температуре 450-475°С. Их подвергают закалке и старению при температуре 150-165°С, 6-15 ч. Используют для изготовления крыльчаток, фитингов, лопастей вертолетов и др. Они хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонно-дуговой сваркой. Сплавы склонны к коррозии под напряжением и к межкристаллитной коррозии.
Задания:
1. Просмотреть микрошлифы алюминиевых сплавов.
2. Зарисовать микроструктуры с указанием структурных составляющих, марок сплава и химического состава.
3. Описать свойства сплавов и применение их в машиностроении.
4. Составить отчет.
Вопросы для самоконтроля
1. Какими свойствами обладает алюминий и где он применяется?
2. Каким образом классифицируют сплавы на основе алюминия?
3. Какими свойствами обладают деформируемые алюминиевые сплавы, неупрочняемые термической обработкой?
4. Какими свойствами обладают дюралюмины и где они применяются?
5. Каким способом упрочняют дюралюмины?
6. Какими свойствами обладают и чем легируют литейные алюминиевые сплавы?
Перечень используемых источников
1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.; Металлургия
2. Блинов И.С. Справочник технолога судоремонтного завода. – М.: Транспорт, 1979.
Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9
– Конец работы –
Используемые теги: Тема, лабораторной, работы, Измерение, твердости, металлов, сплавов0.095
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Тема лабораторной работы: Измерение твердости металлов и сплавов
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов