Методическая разработка по выполнению практических работ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

«ГУБЕРНСКИЙ КОЛЛЕДЖ Г. СЫЗРАНИ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по проведению лабораторно-практических работ
по учебной дисциплине
«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»
Специальность: 15.02.08 Технология машиностроения
Номинация: «Учебно-методическая продукция»
Вид методической продукции: методические рекомендации по проведению лабораторно-практических работ

Автор: Чебуренкова Надежда Васильевна
должность: преподаватель

2017 уч.год

        Методическое руководство к практическим  работам предназначено для студентов различных специальностей изучающих курсы «Материаловедение», посвящены изучению методов исследования структуры, построению и анализу диаграмм состояния, изучению строения различных металлических материалов в разных состояниях.

      Методические указания по проведению лабораторно-практических занятий составлены в соответствии с учебной программой для студентов по программе подготовки специалистов среднего звена по дисциплине: Материаловедение     Специальность: 15.02.08 Технология машиностроения

 В методических указаниях изложены основные положения по организации и проведению лабораторно- практических работ, методика их выполнения, форма отчета для студентов, а также справочные таблицы, необходимые для выполнения лабораторно-практических работ.
Методические рекомендации могут быть использованы педагогическими работниками других образовательных учреждений для проведения подобных лабораторно-практических работ.
Рекомендовано к использованию в образовательном процессе предметной цикловой комиссией «Металлообработка»

СОДЕРЖАНИЕ

Пояснительная записка
Инструкции по выполнению лабораторно-практических работ
Практическая работа   №1  «Измерение твердости по методу Бринелля»;
Практическая работа  №2: «Измерение твердости по методу Роквелла»
Практическая работа №3: «Построение диаграммы  состояния железоуглеродистых сплавов и микроструктурный анализ железоуглеродистых сталей в равновесном состоянии»
Практическая  работа №4: «Термическая обработка легированной стали. Отпуск»
Практическая работа №5:  «Выбор и обоснование режимов термической обработки для различных материалов»
Практическая работа №6:  «Выбор марки конструкционных материалов для изготовления конкретных деталей в зависимости от условий эксплуатации»
Практическая  работа №7 « Микроанализ цветных металлов и сплавов»
Практическая работа №8:  «Выбор материала по технологическим характеристикам»
Практическая работа №9:   «Выбор материала по их механическим свойствам,  в зависимости от предъявляемых требований»
Практическая работа №10:  «Выбор неметаллических  материалов по их свойствам, в зависимости от предъявляемых требований к эксплуатации»
Практическая работа №11:  «Микроструктура цветных сплавов с высокой  электрической проводимостью»
Практическая работа №12  "Выбор материалов для режущих и мерительных инструментов".
Список литературы

Пояснительная записка

    Курс «Материаловедение» является одним из основных в цикле общетехнической подготовки   различных специальностей. Этот курс, в котором изучаются  закономерности, определяющие строение и свойства материалов в зависимости от их состава и условий обработки, имеет важное научное и прикладное значение.

       Практические  работы по курсу «Материаловедение» предназначены для приобретения практических навыков и закрепления теоретических знаний в области материаловедения.

       К выполнению  работ допускаются подготовленные студенты. Для этой цели они знакомятся с  работами по курсу «Материаловедение», уясняют цель и методику выполнения работы, отражают в отчете основные теоретические представления, используемые в работе. Для освоения результатов обучения по материаловедению, студентам необходимо изучить теоретический материал, соответствующий требуемым знаниям, а также сформировать требуемые умения в процессе выполнения лабораторно- практических работ. Методические указания включают теоретический раздел, описание лабораторного оборудования и другие сведения, необходимые для выполнения лабораторно- практической работы
Методические указания по выполнению лабораторных работ по материаловедению разработаны в соответствии с рабочей программой дисциплины.
К выполнению  работ студенты приступают после подробного изучения соответствующего теоретического материала. Перед проведением лабораторной работы необходимо ознакомиться с устройством оборудования и приборов, ознакомиться с правилами обращения с ними.
       Лабораторно-практические  работы выполняются на приборах и оборудовании лабораторий и при выполнении их студент должен соблюдать правила техники безопасности

1.      Строго соблюдать указанную методику выполнения работы.

2.      Не включать без разрешения преподавателя или лаборанта используемые в работе приборы и оборудование.

3.      Не помещать на рабочие места посторонние предметы.

4.      Строго выполнять правила эксплуатации приборов и оборудования.

5.      Работать только на приборах и оборудовании, используемых в данной работе.

6.       При работе с химическими реактивами соблюдать осторожность, во избежание ожогов не допускать их попадания в лицо, на кожный покров, на одежду.

7.      Загрузку и выгрузку образцов при работе  на электротермическом оборудовании во избежание электротравм производить при выключенном напряжении питания.

8.      Во избежание ожогов загрузку образцов при работе на электротермическом оборудовании производить специальными клещами.

9.      Категорически запрещается оставлять без присмотра выгруженные из камеры электротермического оборудования образцы.

10.  Запрещается при приготовлении микрошлифов работать на дефектных (порванных) шлифовальных шкурках и полировальных материалах.

11.  Не прижимать сильно микрошлиф к вращающемуся диску, обтянутому шлифовальной шкуркой или полировальным материалом, во избежание вырыва образца и порыва шлифовальной шкурки или полировального материала.

12.  Во избежание поломки соблюдать осторожность, не прилагать больших усилий при работе с металлографическим микроскопом.

13.  При обнаружении любой неисправности сообщать преподавателю или лаборанту.

                 Объем отчета по одной работе обычно не превышает 3-5 страниц. Отчет должен соответствовать рекомендуемому содержанию, быть понятным, кратким лаконичным, написанным без произвольных сокращений; текст, иллюстрированный и табличный, материалы должны соответствовать известным требованиям оформления отчетов. В случае статической обработки результатов эксперимента должны быть указаны доверительные интервалы экспериментально полученных значений и приведены графики полученных аппроксимирующих функций. В отчетах о работах, связанных с изучением микроструктур, должны быть изображены схемы микроструктур с указанием всех структурных и фазовых составляющих. Происхождение любой точки, линии и др. на схеме микроструктуры должно быть понятно студенту и любому, читающему отчет о работе. Под схемой микроструктуры должна быть приведена подрисуночная подпись с указанием материала, его марки, структурных составляющих и увеличения металлографического микроскопа. Результатом микроструктурного анализа является информация о структурных и фазовых составляющих сплавов, о том, что они собой представляют, как получаются. Отчет должен содержать заключение или выводы по работе.

Каждое лабораторно- практическое занятие заканчивается сдачей преподавателю отчета по выполненной работе и полученным результатам с последующей защитой. Описание работы включает в себя: номер и наименование работы, указание цели работы, краткие теоретические сведения, перечень оборудования, аппаратуры и материалов, а также порядок её выполнения и контрольные вопросы
Отчеты выполняются в рабочих тетрадях для лабораторно- практических работ.
Перед выполнением лабораторно-практической работы студент должен повторить или изучить материал, относящийся к теме работы, используя материалы лекций, учебную и дополнительную литературу по заданию преподавателя.
При выполнении лабораторно – практических работ студент руководствуется настоящими методическими указаниями и выполняет работу в последовательности, указанной в пособии.
Если работа выполнена на оценку «неудовлетворительно», студенту необходимо выполнить работу в отведенное преподавателем время.
Если лабораторно-практические работы не выполнены в полном объеме, студент к промежуточной аттестации не допускается.
При проведении лабораторно-практических работ предусмотрено применение простейшей аппаратуры и приспособлений, Перед выполнением работ преподаватель должен провести со студентами инструктаж по , Проведение инструктажа регистрируется в журнале и подтверждается подписями студентов и преподавателя. Студенты, не получившие инструктаж по , к выполнению работ не допускаются.
Критерии оценивания лабораторно- практических работ

Оценка	Критерии
«Отлично»	Работа, выполнена в полном объеме, в соответствии с требованиями (90-100%выполнения). Ответы на все вопросы полные и правильные. Материал систематизирован и излагается четко.
«Хорошо»	Работа, выполнена в полном объеме с небольшими погрешностями или недочетами (75-89% выполнения).Допущены в ответах отдельные неточности, исправленные с помощью преподавателя. Наблюдается некоторая несистематичность в изложении.
«Удовлетворительно»	Работа, выполнена с принципиальными погрешностями (50-74%. выполнения). Заметная неполнота ответа, допущенные ошибки и неточности не всегда исправляются с помощью преподавателя. Не во всех случаях объясняются изложенные факты.
«Неудовлетворительно»	Лабораторно-практическая работа не выполнена или выполнена с многочисленными погрешностями ( менее 50%). Изложение носит трафаретный характер, имеются значительные нарушения последовательности изложения материала.

                     2. Инструкции по выполнению лабораторно-практических работ          

2. 1 Инструкция №1

Практическая работа №1

ТЕМА: Механические свойства металлов и сплавов

ЦЕЛЬ: Изучить маркировку сталей. Познакомиться с механическими свойствами, научиться определять твердость.

Оборудование:

1. Устройство Baster –II

Задание: Определить  прочность, пластичность, упругость образцов

Краткие теоретические сведения.

Сталь – сплав железа с углеродом (до 2,14% С). В сталях постоянно присутствуют примеси, которые попадают при выплавке. К ним относятся: марганец и кремний, которые являются полезными, а так же сера и фосфор, которые являются вредными. Сера вызывает красноломкость стали – хрупкость при горячей обработке давлением. В сталях сера находится в виде сульфита FeS, который образует с железом легкоплавкую эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988⁰ С) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются и сталь хрупко разрушается. Фосфор вызывает в сталях хладноломкость – хрупкость при низких температурах. Каждая сотая доля фосфора повышает порог хладноломкости на 25⁰ С. Содержание серы и фосфора влияет на качество сталей и в зависимости от их содержания стали подразделяются на 4 группы:

1. Стали обыкновенного качества содержат примерное количество серы и фосфора (до 0,045% каждого).  Стали обозначают марками Ст 0, Ст 1, Ст 2 … Ст 6. Буква С обозначает сталь, цифры – условный номер марки, чем больше число, тем больше содержание углерода. Ориентировочно можно считать, что цифра обозначает содержание углерода в десятых долях процента. Для обозначения степени раскисления добавляют индексы: кп – кипящая, сп – спокойная, пс – полуспокойная (Ст 3 кп, Ст 3пс);

2. Качественные стали содержат серы и фосфора до 0,035% каждого, регламентированы по химическому составу и механическим свойствам. Марки стали обозначают цифрами, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Стали 08, 20, 25,…, 60. Например, сталь 20–0,20% С.

Инструментальные стали содержат более 0,7% углерода. Цифра в марке указывает на среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь У7 – 0,7% С, У13 – 1,3% С.

3. Высококачественные стали содержат не более 0,025% Si и P каждого. Обозначаются буквой А, стоящей в конце марки. Например, У12А.

4. Особовысококачественные стали содержат не более 0,015% S и 0,025% P. В конце марки стоит буква, указывающая способ переплава. Например, Ш – электрошлаковый, ВДП – вакуумно-дуговой, ЭЛП – электронно-лучевой.

Легированные стали. Легирующие элементы обозначают буквами: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам,  М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, Ю – алюминий, Д – медь. Первая цифра указывает на среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, а цифры, следующие за буквами – процентное содержание этих элементов. Например, 30ХН3М – 0,30% С, 1% Cr, 3% Ni, 1% Mo.

Механические свойства металлов и сплавов

 При выборе материала исходят из комплекса свойств, которые подразделяют на механические, физические, химические и технологические.

Физические свойства определяют поведение материалов в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях. К физическим относятся такие свойства материалов как плотность, теплоемкость, температура плавления, термическое расширение, магнитные характеристики, теплопроводность, электропроводность.

Под химическими свойствами понимают способность материалов вступать в химическое взаимодействие с другими веществами, сопротивляемость окислению, проникновению газов и химически активных веществ. Характерным примером химического взаимодействия среды и металла является коррозия.

Технологические свойства металлов и сплавов характеризуют их способность подвергаться горячей и холодной обработке. Комплекс этих свойств включает в себя технологичность при выплавке, горячем и холодном деформировании, обработке резанием, термической обработке и, особенно, сварке.

При конструировании изделий в первую очередь руководствуются механическими свойствами материалов.

Механические свойства материалов характеризуют их способность сопротивляться деформированию и разрушению под действием различного рода нагрузок. Механические нагрузки могут быть статическими, динамическими и циклическими. Кроме того, материалы могут подвергаться деформации и разрушению как при разных температурных условиях, так и в различных, в том числе агрессивных средах. Для того, чтобы обеспечить надежную работу конкретных машин и приборов, необходимо учитывать условия эксплуатации, т.е. к материалу предъявляют эксплуатационные требования.

К основным механическим свойствам относят прочность, упругость, ударную вязкость, пластичность, твердость. Механические свойства некоторых марок сталей приведены в таблице 1.1.

Для определения механических свойств материалов разработаны различные методы испытаний. При статических методах материал подвергают воздействию постоянной силы, возрастающей весьма медленно. При динамических испытаниях  материал подвергают воздействию удара или силы быстро возрастающей.

Определение прочности, пластичности, упругости

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил.

Пластичность – способность материала к пластической деформации, т.е. к получению остаточного изменения формы и размеров без разрушения.

Упругость – свойство материала восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки.

Прочность, пластичность и упругость материала определяют при статических испытаниях на растяжение.

                   Рис. 1.1. Статические испытания на растяжение:

                   а – схема испытания; б – диаграмма растяжения

Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l₀ и диаметром d₀. Образец растягивается под действием приложенной силы P (рис. 1.1.) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию.Напряжение σ – это отношение силы P к площади поперечного сечения F, МПа:

    = ,

Деформация характеризует изменение размеров образца под действием нагрузки, %

 =  100, 

где l – длина растянутого образца. Деформация может быть упругой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остающейся после снятия нагрузки).

При испытаниях строится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис 1.1, б приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения испытаний определяются следующие характеристики механических свойств.

Предел упругости σ_у – это максимальное напряжение, при котором в образце не возникают пластические деформации.

Предел текучести – это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1.1, б). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести  – напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2%.

Предел прочности (или временное сопротивление)  – это напряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец при испытании.

Относительное удлинение после разрыва  – отношение приращения длины образца при растяжении к начальной длине l₀, %:

= · 100,

где l_k – длина образца после разрыва.

Относительным сужением после разрыва  называется уменьшение площади поперечного сечения образца, отнесенное к начальному сечению образца, %:

    = · 100,

где F_k – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение являются характеристиками пластичности.

Определение твердости

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела.

Твердость материала испытывается при статическом характере вдавливания в него шарика, конуса или пирамиды.

Наиболее широкое применение нашли методы определения твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу (рис. 1.2.).

Твердость по Бринеллю (НВ) определяется вдавливанием в испытываемую поверхность под нагрузкой Р стального шарика диаметром Д (рис. 1.2, а).

После снятия нагрузки на поверхности образца остается отпечаток (лунка).

Твердость определяется по формуле

НВ = , Па,

где F – площадь поверхности отпечатка.

                   Рис. 1.2. Схемы определения твердости:

                  а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

 Диаметр шарика выбирают в зависимости от толщины изделия (Д = 10; 5; 2,5 мм). Нагрузку Р выбирают в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости. При Д = 10 мм Р = 30000 Н, время – 10 секунд.

Практически величину твердости определяют не по формуле, а по прилагаемой к прибору таблице в зависимости от диаметра отпечатка.

Между твердостью по Бринеллю и пределом прочности металла существует приближенная зависимость

   = к · НВ, Па

Для стали  = 0,34 … 0,35 НВ.

Твердость по Роквеллу определяют по глубине отпечатка. Метод основан по вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120⁰ (шкалы А и С). Вдавливание производится под действием двух нагрузок – предварительной  Р₀, равной 100 Н и окончательной  Р, равной 600, 1000, 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания в условных единицах.

Твердость по Виккерсу определяют вдавливанием в испытываемую поверхность (шлифованную или даже полированную) четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136⁰. Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка.

Практически величину твердости определяют не по формуле, а по прилагаемым к прибору таблицам по измеренной величине d (диагональность отпечатка) рис. 1.2., в.

Ударная вязкость

Вязкость – свойство материала сопротивляться разрушению под действием динамических нагрузок. Ударная вязкость определяется работой А, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади его поперечного сечения F; Дж/м²:

КС = 

Испытания проводятся ударом специального маятникового копра. Для испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне, противоположной надрезу.

КС – ударная вязкость, Дж/м²: индексы V, U (KCV, KCU) характеризуют форму надреза.

Таблица 1.1.

Механические свойства сталей

Марка стали	Свойства
	, МПа	, %	ψ, %	НВ, МПа
10	340	31	55	1430
20	420	25	55	1630
30	500	21	50	1790
40	580	19	45	2170
50	640	14	40	2410
60	690	12	35	2550
70	730	9	30	2690
У8	1100	6	30	2850

Порядок выполнения работы

1. Изучить маркировку сталей;

2. Изучить механические свойства материалов и способы их определения;

3. Получить образцы для испытаний;

4. Провести испытания образцов на твердость;

5. По результатам испытаний и табличным данным построить графики, отражающие зависимость твердости, прочности и пластичности от содержания углерода;

6. Составить письменный отчет по работе.

Содержание отчета: теоретическая часть, таблица, графики, выводы.

Контрольные вопросы

1. Как маркируют стали обыкновенного качества, качественные, легированные?

2. Что такое прочность? Методы измерения, характеристики, единицы измерения.

3. Чем отличается упругая деформация от пластической?

4. Что такое пластичность? Методы измерения, характеристики, единицы измерения.

5. Что такое твердость? Методы определения твердости.

6. Что такое ударная вязкость?

7. Чем отличаются статические методы испытаний от динамических?

2. 1 Инструкция №2

Практическая работа №2

ТЕМА: Измерение твёрдости  по методу Бринелля

ЦЕЛЬ: Ознакомиться с методикой определения твердости металлов по Бринеллю, изучить устройство Baster –II, принцип его  работы, Приобретение элементарных навыков определения твёрдости металлов по методу Бринелля.

Оборудование:

1.Устройство Baster –II (Прибор для измерения твердости по Бринеллю)

2. Наконечники со стальными шариками диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм, лупа Бринелля, образцы металлов.

Задание: Определить HB различных металлов и сплавов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-анализа твердости изделий в месте их производства, т.е. на потоке, независимо от конфигурации изделия и места его нахождения.

Известны устройства для измерения твердости стационарного типа. Твердость определяется по величине отпечатка при известной силе и длительности нагружения [1] Устройство представляет собой прибор, содержащий корпус, нагружающее устройство, связанный с ним шток с индентором, устройство для автоматического измерения размера отпечатка, выполненное в виде каретки. Каретка установлена на нагружающем штоке с возможностью перемещения с постоянной скоростью в плоскости, перпендикулярной оси штока, установленных в ней индентора, щупа и датчика его вертикального перемещения. Прибор также содержит генератор постоянной частоты, в цепь которого включены датчик и счетчик импульсов.

Краткие теоретические сведения.

Твердостью-называется сопротивление материала проникновению в него другого тела, более твердого, не получающего остаточных деформаций.

Метод Бринелля. В качестве индентора используется стальной закаленный шарик, который вдавливают в испытуемый образец на специальном прессе. В результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде сферической лунки. Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно-перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа Бринелля — лупы со шкалой. Сущность метода измерения твердо­сти по Бринеллю металлов заключается во вдавливании шарика (сталь­ного или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием усилия, приложенной перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия усилия. Твердость по методу Бринелля. Определение твердости по Бринеллю основано на вдавливании в испытуемый материал стального шарика и последующего измерения диаметра отпечатка (рис. 1).Твердость по Бринеллю (НВ) выражается отношением взятой нагрузки Р к площади поверхности отпечатка F:

Рис. 1

.                                          (1)

Если вычислить поверхность отпечатка, имеющего форму шарового сегмента, то НВ определится формулой

,                 (2)

где      Р – приложенная нагрузка, кгс; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.

Размер шарика выбирается в зависимости от толщины испытуемого образца: обычно пользуются шариками стандартных размеров диаметрами в 10 мм, 5 мм или 2,5 мм.

Нагрузка на шарик выбирается в зависимости от рода материала и должна быть пропорциональна квадрату диаметра шарика. Условные стандартные нормы, принятые для различных материалов, следующие:

для стали и чугуна                                                           Р = 30D²,

для меди и медных сплавов                                           P = 10D²,

для баббитов и свинцовистых бронз                            Р = 2,5D².

Более подробные сведения по выбору нагрузки, времени приложения нагрузки для различных материалов приводятся в соответствующей таблице в лаборатории испытания твердости.

Кроме того, нагрузка считается выбранной правильно, если выдерживается соотношение

0,2D < d < 0,6D.                                           (3)

Рис. 2

Диаметр отпечатка измеряют с помощью лупы Бринелля или микроскопа в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют как среднее арифметическое из двух измерений. Лупа имеет шкалу, малое деление которой (или цена деления) равно 0,05 мм. На рис. 2 показано измерение диаметра отпечатка с помощью лупы.

По результатам измерения диаметра отпечатка на данном материале твердость по Бринеллю определяется с помощью формулы (2) или по таблице определения чисел твердости по Бринеллю (таблица приводится в Приложении 1).

Как отмечалось ранее, между механическими свойствами (в частности, пределом прочности  и твердостью по Бринеллю) существует определенная зависимость, которая может быть представлена эмпирической формулой:

 [МПа],

где С – коэффициент пропорциональности.

Для сталей                                        С = 0,33…0,36

Для алюминия                                  С = 0,4

Для меди                                          С = 0,48

Для дуралюмина                              С = 0,37

Для латуни, бронзы             С = 0,53

Следует отметить, что для хрупких материалов (чугун, силумин) надежной корреляции между твердостью и пределом прочности получить не удается. В частности, для определения предела прочности серого чугуна пользуются следующей эмпирической формулой:

 [МПа].

Подготовка образцов

Толщина образца S должна не менее чем в 8 раз превы­шать глубину отпечатка h и определяется по формулам

 если F выражена в Н,

                                          если F выражена в кгс.                               (1)              

Минимальную толщину образца определяют в соответствии с приложением 2. Поверхность образца должна быть плоской и гладкой. Шероховатость поверхности образца должна быть не более 2,5 мкм. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например, от нагрева или наклепа.

Поверхность образца или испытуемого изделия должна быть ровной, гладкой и свободной от окисной пленки. Обработку поверхности образца (изделия) можно проводить шлифовкой или мелким напильником.

Толщину образца, подвергаемого испытанию, выбирают таким образом, чтобы на противоположной стороне образца  после испытания не было заметно следов деформации.

Измерение твердости

Измерение твердости проводят при температуре 20°С. При измерении твердости прибор должен быть защищен от ударов и вибрации. Опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца должны быть очищены от посторонних веществ (окалины, смазки  и др.) Образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежание его смещения и прогиба во время измерения твердости.

При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава, при твердости металлов более 450 единиц – шарики из твердого сплава.

Значение К=P/D² выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с табл. 1. Усилие F в зависимости от значения К и диаметра шарика D устанавливают в соответствии с табл. 2.

Диаметр шарика D  и соответствующее усилие F выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатки находился в пределах от 0,24 до 0,6 D.                                                                                 

                                                                                                                                                  Таблица 1

Материал	HB	K
Сталь, чугун, высокопрочные сплавы	До 140 140 и более	10 30
Титан и сплавы на его основе	От 50	15
Медь и сплавы на ее основе, легкие металлы и их сплавы	До 35 От 35	5 10
Подшипниковые сплавы	8-50	2,5
Свинец, олово, и другие мягкие сплавы	До 20	1

При измерении твердости наконечник приводят в соприкосновение с поверхностью образца и плавно прикладывают заданное усилие F до тех пор, пока оно не достигнет необходимой величины.

Продолжительность выдержки наконечника под действием за­данного усилия должна соответствовать табл. 3.

Время от начала приложения усилия до достижения им задан­ной величины должно составлять 2–8 с.

Расстояние между центром отпечатка и краем образца должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка d; расстояние между центрами двух смежных отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка; для металлов с твердостью до 35 НВ эти расстояния должны быть соответственно 3d и 6d.

После измерения твердости на обратной стороне образца не должно наблюдаться  пластической деформации от отпечатка.

Таблица 2

Диаметр шарика D, мм	Усилие F, Н (кгс), для К
	30	15	10	5	2,5	1
1,0	294,2 (30)		98,07 (10)	49,03 (5)	24,52 (2,5)	9,807 (1)
2,0	1177 (120)		392,3 (40)	196,1 (20)	98,07 (10)	39,23 (4)
2,5	1839 (187,5)		612,9 (62,5)	306,0 (31,2)	153,0 (15,6)	60,80 (6,2)
5,0	7355 (750)		2452 (250)	1226 (125)	612,9 (62,5)	245,2 (25)
10	29420 (3000)	14710 (1500)	9807 (1000)	4903 (500)	2452 (250)	980,7 (100)

Таблица 3

HB	Продолжительность выдержки, с
До 10	180
10-35	120
35-100	30
100 и более	10-15

Диаметр отпечатка d измеряют с помощью микроскопа или   других средств измерения. Твердость по Бринеллю НВ численно равна отношению приложен­ного усилия F к площади сферического отпечатка А и рассчитывается по фор­мулам

 если нагрузка выражена в Н,

                      если нагрузка выражена в кгс.         (2)           

Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ, которому предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр, и после символа указывают диаметр шарика, значение приложенного усилия (в кгс), продолжи­тельность выдержки, если она отличается от 10- до 15 с.

Примеры обозначения:

250 НВ 5/750 – твердость по Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром 5 мм, при усилии 750 кгс (7355 Н) и продолжи­тельности выдержки от 10 до 1.

Порядок выполнения работы:

1.      Изучить методические указания и приложения, делая необходимые записи.

2.      По указанию преподавателя произвести отбор образцов, подготовить их к испытанию.

3.      Пользуясь указаниями и приложениями, выбрать условия проведения измерения твердости HB, провести индентирование наконечников.

4.      Измерить диаметр отпечатков d.

5.      Пользуясь формулами и приложениями, определить значения твердости HB.

6.      Результаты представить в виде отчета, выполненного в соответствии со стандартом ТПУ. Отче должен содержать схемы, формулы, таблицы, графики, подробные выводы.  

Литература:

1.      Бернштейн М.Л., Займовский В. А. Структура и механические свойства металлов.–М.,1980.

2.      Механические свойства металлов: учебное пособие/ М. Л. Берштейн, В. А. Займовский. – М., 1979. – 495 с.

Золоторевский В.С. Механические свойства металлов – М., 1983. – 352с

2. 1 Инструкция №4

Практическая работа №4

ТЕМА: Микроанализ железоуглеродистых сталей и сплавов

ЦЕЛЬ: Изучить микроструктуры технического железа,   углероди­стых сталей в равновесном состоянии.

Оборудование:

Задание: Схематически   зарисовать   и   описать   изучаемые   микроструктуры.

Краткие теоретические сведения:

Микроструктура технического железа и углеродистых сталей для равновесных условий характеризуется нижней левой частью диаграммы состояния железо-цементит (рис. 1).

Сплавы с содержанием до 0,02% С называются техническим железом, от 0,02 до 0,8% С — доэвтектоидными сталями и от 0,8 до 2,14% С — заэвтектоидными сталями. Сплав с содержанием

0,8% С называется  эвтектоидной сталью.

Микроструктура технического же­леза. Растворимость углерода в α-железе переменная (см. линию PQ на диаграмме железо — цементит). С понижением температуры раство­римость углерода в α-железе пони­жается. При 727° С в α-железе растворяется 0,02% С, а при комнат­ной температуре 0,006% С. Поэтому сплавы железа с содержанием до 0,006% С имеют структуру только твердого раствора углерода в α-же­лезе, т. е. феррита. На рис.2 дана микроструктура феррита. В сплавах с содержанием от 0,006 до 0,02% С в связи с пони­жением растворимости углерода в α-железе при понижении тем­пературы из феррита выделяется це­ментит, называемый третичным. Тре­тичный цементит выделяется по границам зерен феррита (рис. 3).

Рис.  1. Нижняя   часть   диа­граммы состояния железо — це­ментит

                                     

Рис. 2. Железо — феррит (х 200)             Рис. 3. Сталь с 0,015%   С — феррит и третичный   цементит   (х500)

Микроструктура доэвтектоидной и эвтектоидной стали. Микро­структура доэвтектоидной стали (до 0,8% С) состоит из феррита и перлита. Микроструктура эвтектоидной стали (0,8% С) состоит из одного перлита. Микроструктура феррита дана на рис. 2. Что же представляет собой вторая структурная составляющая доэвтектоидных сталей — перлит?

.

Рис. 4.   Эвтектоидная   сталь   с 0,8% С — перлит (х1000)

На рис. 4 дана микроструктура перлита. Перлит — это эвтектоид — механическая смесь феррита и цементита, получаю­щаяся в результате распада аустенита с 0,8% С. При травлении шлифа стали с 0,8% С, т. е. эвтектоидной стали, поверхность имеет перламутровый отлив, в связи с чем такую структуру и назвали перлитом. На микроструктуре перлита общий светлый фон — феррит, выступающие пластины— цементит, темные места — тени. В зависимости от скорости ох­лаждения пластины цементита в перлите могут быть длиннее или короче и толще или тоньше.

В доэвтектоидной стали после травления феррит выявляется в виде светлых полей, а перлит — в виде полей полосчатого строе­ния, более темных, чем феррит. Количество перлита и феррита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличи­вается (рис. 5).

По микроструктуре доэвтектоидной стали можно приблизи­тельно определить содержание в ней углерода, для чего по микро­структуре нужно ориентировочно определить площадь (в процен­тах), занимаемую ферритом и перлитом.В связи с тем, что в феррите растворено очень небольшое коли­чество углерода, практически можно считать, что в доэвтектоид­ной стали весь углерод находится в перлите.

а                                                        б                                           в

Рис. 5. Доэвтектоидные ста­ли — феррит и перлит (х500):

а — 20%    перлита;    б — 40%   пер­лита;  в — 70%   перлита

  Тогда содержание углерода С в стали можно определить по формуле

где F_n — площадь, занимаемая перлитом, в % .

Предположим, например, что 30% всей площади занято фер­ритом, 70% — перлитом. Содержание углерода в такой стали будет

Микроструктура заэвтектоидной стали. Сталь с содержанием углерода от 0,8 до 2,14% называется заэвтектоидной и имеет структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита. Вто­ричный цементит выделяется из аустенита при охлаждении от температуры А_ст (линия SE) до температуры Аr₁ (линия PSK) (см. рис .1) вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените.

При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется в виде сетки по границам зерен аустенита. При достижении темпе­ратуры Аr₁ аустенит превращается в перлит. В результате мед­ленного охлаждения заэвтектоидная сталь имеет структуру

Рис. 6. Заэвтектоидная сталь с 1,2% С — перлит и цементит (х500)

Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем более мас­сивной (толстой) получается цементитная сетка.

                                               ОТЧЕТ

1.  Просмотреть и изучить микроструктуры  технического  железа и  углеродистых  сталей   с различным содержанием углерода в равновесном состоянии.

2. Каждую микроструктуру зарисовать .

3.  Под каждой зарисованной микроструктурой дать подпись с   указанием   наименования   сплава,   его   химического состава, наименования структуры и увеличения.

4.  На   каждой    зарисованной   микро­структуре  указать стрелками  различные фазы   и   структурные    составляющие    и около стрелок,   на   полях,   написать   их наименование.

5.  Изобразить    диаграмму   состояния железо—цементит, провести на ней верти­кальные линии,  соответствующие рассма­триваемым сплавам, и дать описание процессов превращений,   происходящих   при охлаждении.

ВЫВОДЫ:

Контрольные вопросы:

1.Какие сплавы называются техническим железом?

2.Что представляют собой доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали?

3.Дайте характеристику структурной составляющей- перлит

4.Как изменяется структура стали при увеличении в ней количества углерода?

5.Что такое третичный цементит?

6.По зарисованным структурам опишите микроструктуру доэвтектоидной стали

7. По зарисованным структурам опишите микроструктуру эвтектоидной стали

8. По зарисованным структурам опишите микроструктуру заэвтектоидной стали

Литература:

1.Геллер Ю.А. ,Рахштадт А.Г. Материаловедение,  М., Металургия.1980. 447с.

2.Лахтин Ю.М. ,Леонтьев В.П .Материаловедение, .М.,Машиностроение,1980,405с

3.Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов.М.Машиностроение, 1981, 173с.

4.Паисов И.В. Пособие к лабораторным работам по материаловедению и термический обработки металлов,М.,Металлургия, 1968, 95с.

Дата выполнения _________________________

Подпись студента_________________________

Подпись преподавателя____________________

Микроанализ железоуглеродистых сплавов (чугуны)

Цель работы:

1. Изучить микроструктуры: серых и белых чугунов в нетравленом и травленом виде.

2. Схематически зарисовать и описать изучаемые структуры.

3. Составить отчет по работе.

Краткие теоретические сведения:

Микроструктура белых чугунов

В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоя­нии, т. е. в виде цементита. Белый чугун в зависимости от содер­жания углерода разделяется на доэвтектический (от 2,14 до 4,3%С), эвтектический (4,3% С) и заэвтектический (от 4,3 до 6,67% С). Во всех белых чугунах имеется цементитная эвтектика (леде­бурит). Эвтектический белый чугун состоит только из одного леде­бурита, поэтому рассмотрение структуры белого чугуна целесооб­разно начинать со структуры эвтектического белого чугуна.

Микроструктура эвтектического белого чугуна. Микрострук­тура эвтектического белого чугуна состоит только из одного леде­бурита (цементитной эвтектики), образующегося при 1147° С при эвтектической кристаллизации жидкого сплава с содержанием 4,3% С и состоящего (при 1147° С) из эвтектического цементита и аустенита, содержащего 2,14% С (точка Е на диаграмме железо— цементит). При последующем охлаждении вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените (линия SE на диаграмме железо—цементит, рис. 1) из аустенита выделяется (как и в заэвтектоидных сталях) вторичный цементит. Вторичный це­ментит сливается с цементитом эвтектическим, поэтому в струк­туре эвтектики невозможно указать, где находится в отдельности эвтектический цементит и вторичный цементит.

При 727° С эвтектика состоит из цементита (эвтектического и вторичного) и аустенита с содержанием 0,8% С. При этой тем­пературе аустенит превращается в перлит. Таким образом, после полного охлаждения ледебурит (цементитная эвтектика) состоит из цементита и перлита (рис. 2).

Микроструктура доэвтектического белого чугуна. Доэвтектический белый чугун после полного охлаждения имеет следующую структуру: ледебурит (цементитная эвтектика) + перлит + вто­ричный цементит. Вторичный цементит выделяется из аустенита, содержащего при 1147°С— 2,14% С, а при 727° С —0,8% С.

 

Лабораторная работа №4 Микроскопический анализ металлов и сплавов Цель работы: ознакомление с процессом приготовления микрошлифов, изучение устройства металлографического микроскопа и приобретение практических навыков работы на нем, проведение микроанализа сплава и приобретение навыков зарисовки простейших микроструктур. Оборудование и материалы. Металлографический микро- коп МИМ-7, образцы для микроанализа. Общие сведения Микроскопический анализ (микроанализ) металлов и сплавов заключается в исследовании их микроструктуры с помощью оптического или электронного микроскопов. Микроструктурой называется строение металлов, выявляемое с помощью микроскопа. Детали ее невидимы невооруженным глазом. Для нормального глаза при удалении от объекта на расстояние наилучшего видения (250 мм) минимальное разрешение составляет около 0,20 мм (200 мкм). Для наблюдения и изучения более мелких деталей структуры предназначены микроскопы. При использовании оптического микроскопа можно наблюдать элементы структуры размером до 10 4 мкм, более мелкие —с помощью электронного микроскопа. Микроанализ позволяет определить форму и размеры отдельных зерен, фаз и структурных составляющих*, а также их содержание и взаимное расположение. С помощью микроанализа можно определить структуру сплава в любом состоянии (литом, деформированном, до —и после термической обработки и т.д.); измерить толщину окисленного или насыщенного химико-термической обработкой (цементация, азотирование и т.д.) поверхностного слоя изделий; определить имеющиеся микродефекты (трещины, другие нарушения сплошности металла), посторонние включения (частицы шлака, оксиды и т.д.) и многое другое. Металлографический оптический микроскоп отличается от биологического методом использования освещения. Поскольку металлы непрозрачны для видимого света, их невозможно исследовать на просвет. Поэтому применяется отражение световых лучей, которое должно происходить от исследуемой поверхности микрошлифа. Для получения микрошлифа подготовленную плоскую поверхность исследуемого образна шлифуют, полируют, а затем подвергают травлению химически активными веществами. В каждом конкретном случае количество образцов для исследования и место их отбора должно определяться целью исследования. Например, в круглых прутках небольшого сечения при изучении микроструктуры целесообразно исследовать как поперечные, так и продольные сечения. Площадь изучаемой поверхности не должна быть большой (обычно не более 1,0...20 мм2). Высота образца определяется легкостью манипулирования при шлифовке и полировке. В случае, когда размеры исходного изделия и микрошлифа малы (проволока, тонкий лист), их закрепляют в специальные зажимы (струбцины) или заливают в оправках легкоплавкими материалами (эпоксидные или акриловые смолы, пластмассы и др.). Целью шлифования и полирования является получение поверхности шлифа без рисок, рельефа, ямок и деформации. Шлифуют вручную или на станках абразивными шкурками. Соблюдается последовательность перехода от грубозернистых к мелкозернистым шкуркам. Для сухого шлифования применяют обычную шкурку, для мокрого —водостойкую. Если шлифование ведут вручную, шлифовальный материал кладут на ровную, твердую поверхность (например, на стекло). Во время шлифования целесообразно сохранять одно и то же положения образца, чтобы все риски были параллельны. При переходе на другую, более тонкую бумагу шлиф нужно промывать от абразивных частиц, а направление его поступательного движения изменять так, чтобы вновь возникающие риски были перпендикулярны предыдущим. После окончания шлифования и удаления с поверхности абразивных частиц проводится полирование. Для этого используют очень мелкий абразив, смешанный с жидкостью, например, оксиды хрома или алюминия, смешанные с водой, алмазные микропорошки, смешанные со специальным маслом или парафином. Суспензии и пасты наносятся на ворсистые ткани (фетр, тонкое сукно), которыми обтягивается вращающийся диск полировального станка. Периодически шлиф поворачивают на 90°, промывают, просушивают, контролируют качество под микроскопом. Окончательное полирование осуществляют на чистой ткани, смоченной водой. Готовый шлиф хорошего качества (отсутствуют риски, царапины, грязь) промывают водой или спиртом, просушивают сжатым воздухом или фильтровальной бумагой. Для приготовления шлифов мягких материалов эффективно электролитическое полирование, основанное на анодном растворении выступов полируемой поверхности. Сначала под микроскопом изучают нетравленный шлиф для выявления включений графита, микропор, трещин, неметаллических включений, форма, размер и распределение которых в структуре стали оценивается по ГОСТ 1778-70. Затем изучают травленые шлифы, которые подвергают обработке химически активными веществами. Из-за различия физико-химических свойств различных зерен (фаз), а также пограничных участков происходит избирательное травление (растворение и испарение) вещества фазы, в результате чего на шлифе образуется рельеф. При попадании на него лучей имеет место отражение различной интенсивности и создается картина структуры поверхности шлифа, но не его внутренних объемов. Полученную структуру анализируют, схематически зарисовывают, указывая на рисунке части микроструктуры, или фотографируют. Реактивы для травления подбираются по специальным справочным таблицам в зависимости от материала микрошлифа и назначения реактива. Рис.1.12. Общий вид микроскопа МИМ-7: 1 — основание; 2 — корпус; 3 — фотокамера; 4 — микрометрический винт; 5 — визуальный тубус с окуляром; 6 — рукоятка иллюминатора; 7 — иллюминатор; 8 — предметный столик; 9 — клеммы; 10 — винты перемещения столика; 11 — макрометрический винт; 12 — осветитель; 13 — рукоятка светофильтров; 14 — стопорное устройство осветителя; 15 — рамка с матовым стеклом Для выявления структуры сталей и чугунов, в том числе после термической и химико- термической обработки, а также сплавов магния на практике используют раствор 1-5 мл азотной кислоты в 100 мл этилового спирта. Феррит в этом случае окрашивается в цвет светлой соломы, перлит (Ф + Ц) — темный с перламутровым оттенком, цементит — светло-голубой блестящий, графит — тусклый чернокоричневый, границы зерен обычно черные. Рекомендуются два способа травления: 1) поверхность образца погружается в реактив, 2) поверхность протирается тампоном, смоченным реактивом. Время травления подбирается. В настоящее время используется много марок металлографических микроскопов: МИМ-6; МИМ-7, ММР-2Р, ММР-4, ММУ-3, МИМ-8М, МИМ-9, Neophot-21 и др. Однако все микроскопы для микроструктурного анализа сконструированы по одному базовому принципу: освещение объекта и изучение его в отраженном свете. Отличаются они друг от друга расположением в пространстве оптической оси (вертикальные МИМ-7 и др., горизонтальные МИМ-9 и др.); расположением изучаемого объекта (сверху, снизу); кратностью увеличения (МИМ-7 от 60 до 1440, ММР-4 от 50 до 1600); числом сервисных операций (МИМ-7 снабжен одним предметным столиком с ручным перемещением, ММР-4 — двумя — с ручным и автоматическим перемещением с помощью специального программного устройства) и др. На рис.1.12 показан общий вид микроскопа МИМ-7. Он состоит из следующих основных систем: оптической, осветительной с фотографической аппаратурой и механической. Оптическая система микроскопа включает объектив и окуляр, от которых зависит увеличение микроскопа, и ряд вспомогательных элементов: призмы, зеркала, линзы, диафрагмы. Они смонтированы в корпусе и нужны чтобы сложный, рассеянный луч белого цвета превратить в прямолинейный и сфокусировать его в одной точке. Объектив, представляющий собой сочетание линз, дает реальное увеличенное, но обратное изображение микроструктуры. Окуляр состоит из нескольких линз и предназначен для увеличения изображения, полученного объективом, и преобразования его из обратного в прямое. Окуляр и объектив имеют собственные увеличения υок и υоб. Общее увеличение микроскопа υм при визуальном рассмотрении микроструктуры равно υм = υок · υоб Четкость изображения достигается при правильном подборе (комбинации) объектива и окуляра. В табл. 1.9 содержатся характеристики объективов и окуляров МИМ-7. Их сочетание для необходимого увеличения подбирается по этой таблице. Таблица 1.9 Увеличении микроскопа МИМ-7 Примечание: А — числовая апертура (мера светосилы объектива); F —фокусное расстояние. В осветительную систему микроскопа входят источник света, серия линз, светофильтров и диафрагм. Источником света является электрическая лампа (17 В), включаемая в сеть через понижающий трансформатор. Механическая система включает устройства для макро- и микрофокусировки. Макрофокусировка осуществляется с помощью винта, ручки которого располагаются слева и справа на боковых поверхностях корпуса микроскопа, и стопора с рукояткой (слева). Микрофокусировка производится винтом, расположенным справа, ниже макровинта. Перемещение предметного столика в горизонтальных направлениях для просмотра всей поверхности шлифа про-водится двумя винтами, расположенными на его боковой поверхности. Около этих винтов на столике нанесены шкалы отсчета с ценой деления 1 мм. Порядок работы на микроскопе следующий. По табл. 1.9 подбирают объектив и окуляр для необходимого увеличения и устанавливают их в гнездо объектива и окулярный тубус. На предметный столик помещают образец, обращенный исследуемой поверхностью к объективу. Включают микроскоп в электросеть, устанавливают с помощью блока питания необходимый накал лампы освещения. Отпустив рукоятку стопора, плавным вращением макровинта опускают столик, проводят фокусирование до появления в окуляре структуры поверхности. Держа правой рукой макровинт, левой стопорят его. Точное фокусирование проводят вращением микровинта. Перемещая предметный столик в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, с помощью винтов просматривают всю поверхность шлифа, выбирая характерные ее участки. Микроструктура анализируется и зарисовывается (фотографируется). Если в задачу изучения микроструктуры входит определение размера зерна, то рекомендуется использовать метод визуального сравнения зерен изучаемой микроструктуры при увеличении х100 со стандартной шкалой размеров зерна по ГОСТ 65-39-82) (рис. 1.13). Устанавливается номер (балл) зерна, затем по номеру, используя табл.1.10, определяется поперечный размер зерна, мм, его площадь, мм2, и количество зерен на площади шлифа в 1 мм2. Сплавы, имеющие мелкое зерно, обладают более высоким комплексом механических свойств, чем крупнозернистые. Таблица 1.10 Характеристика оценки зерна в зависимости от его номера Продолжение таблицы 1.10 Рис.1.13. Шкала размеров зерна конструкционной стали (цифры под каждым рисунком — балл зерна): х100 Если размер зерна выходит за пределы номеров зерен 1-10, пользуются другими увеличениями, пересчитывая их по табл. 1.11. Таблица 1.11 Пересчет номера зерна на стандартное увеличение (xlOO) Продолжение таблицы 1.11 Для более точной оценки величины зерна используют статистические методы (метод случайной секущей или метод площадей). По величине зерна можно судить о температуре нагрева сплава при термической обработке и скорости его охлаждения. Чем выше температура нагрева и медленнее охлаждение (тонкая отливка), тем крупнее формируются зерна. Форма зерна (округлая, вытянутая) свидетельствует о том, был ли металл подвергнут холодной пластической деформации, направленной кристаллизации (вытянутые зерна) или термической обработке с умеренными скоростями охлаждения — с печью (отжиг), на воздухе — (нормализация). Микроанализ позволяет выявить наличие диффузионных слоев на поверхности металла при химико-термической обработке оценить их толщину, изменение структуры в результате насыщения, и др. Если необходимо определить толщину диффузионного слоя, то следует прежде всего установить, на какую глубину (до какой структуры) от насыщаемой поверхности распространяется слой. Затем замерить его с помощью объект-микрометра и окуляр- микрометра. Объект-микрометр —это эталонная линейка, каждое из 100 делений которой соответствует 0,01 мм (10- 5 м). Окуляр-микрометр — это окуляр с увеличением х7 со вставленной в него измерительной линейкой или сеткой, цена делений которой зависит от увеличения микроскопа. Для определения цены деления окуляр-микрометра на предметный столик устанавливается объект-микрометр шкалой вниз. После наводки на резкость поворотом окуляра в тубусе его шкала устанавливается параллельно шкале объект-микрометра. Затем движением предметного столика крайние деления обеих шкал совмещаются (рис. 1.14) и определяется число делений шкалы объект-микрометра А, совпавших с делениями Рис.1.14. Схема определения цены деления окуляра: а — шкала объект- микрометра; б — шкала окуляр-микрометра шкалы окуляр-микрометра В. Цена деления шкалы окуляр- микрометра (Цок) определяется по формуле: Цок = А·Цоб/В, где Цоб —цена деления шкалы объект-микрометра, 0,01 мм. После этого шлиф устанавливается на предметном столике таким образом, чтобы диффузионный слой перекрывался окулярной линейкой. Тогда толщина слоя равна числу делений, умноженных на их цену. Таким способом можно определять протяженность всех элементов микроструктуры, в том числе и длину поперечного сечения зерен. Порядок проведения работы  Изучить устройство металлографического микроскопа. Усвоить приемы работы на нем.  Изучить процесс изготовления шлифа, приготовить шлиф.  Определить цену деления окуляр-микрометра.  Определить размеры зерна по микрошлифу методом визуального сравнения с эталонными шкалами.  Определить глубину диффузионного слоя.  Сделать выводы.

Краткое описание документа:

Методическое руководство к практическим работам предназначено для студентов различных специальностей изучающих курсы «Материаловедение», посвящены изучению методов исследования структуры, построению и анализу диаграмм состояния, изучению строения различных металлических материалов в разных состояниях.

Методические указания по проведению лабораторно-практических занятий составлены в соответствии с учебной программой для студентов по программе подготовки специалистов среднего звена по дисциплине: Материаловедение Специальность: 15.02.08 Технология машиностроения

В методических указаниях изложены основные положения по организации и проведению лабораторно- практических работ, методика их выполнения, форма отчета для студентов, а также справочные таблицы, необходимые для выполнения лабораторно-практических работ.
Методические рекомендации могут быть использованы педагогическими работниками других образовательных учреждений для проведения подобных лабораторно-практических работ.
Рекомендовано к использованию в образовательном процессе предметной цикловой комиссией «Металлообработка»