Laborarbeit in Materialwissenschaften. Kurze theoretische Informationen

Prüfungsfragen für das 2. Jahr der Fakultät IM
Prüfungsfragen für Studierende im 1. Studienjahr der IM

Laborarbeiten

Laborjournale für den Studiengang "Materialwissenschaften"

(Für Laborarbeiten müssen die Studierenden eine gedruckte Version des Laborjournals mit sich führen)

Laborarbeiten im Studiengang "Materialwissenschaften"

Laborarbeiten im Studiengang "Materialwissenschaften"

Die am Fachbereich gelesene pädagogische und pädagogisch-methodische Hauptliteratur zu den Disziplinen

Zyklus Materialwissenschaft

1. Bogodukhov S.I., Kozik E.S. Materialwissenschaften. Lehrbuch für Universitäten. - M.: Mashinostroenie, 2015 .-- 504 S.
2. Solntsev Yu.P., Pryakhin E.I. Materialwissenschaften. Lehrbuch für Universitäten. - SPb .: KHIMIZDAT, 2007 .-- 784 p.
3. Arzamasov V.B., Cherepakhin A.A. Materialwissenschaften. Lehrbuch. - M.: Prüfung, 2009.-- 352 S.: Ill.
4. Oskin V. A., Baikalova V. N., Karpenkov V. F. Workshop zu Materialwissenschaft und Technologie von Strukturmaterialien: Lernprogramm für Universitäten (Hrsg. Oskin V.A., Baikalova V.N.). - M.: KolosS, 2007.-- 318 S.: Abb.
5. Werkstoffkunde und Metalltechnologie: Lehrbuch für Universitäten / G.P. Fetisov und andere - 6. Aufl., Add. - M .: Handelshochschule, 2008 .-- 878 S. .
6. Werkstoffkunde und Metalltechnologie: ein Lehrbuch für Universitäten im Maschinenbau / G.P. Fetisov, M. G. Karpman und andere - M.: Higher School, 2009.-- 637 p.
7. Medvedeva M.L., Prygaev A.K. Ein Notizbuch zur Materialwissenschaft. Methodisches Handbuch - M.: Verlagszentrum der Russischen Staatlichen Universität für Öl und Gas benannt nach IHNEN. Gubkina, 2010, 90 S.
8. Efimenko L.A., Elagina O.Yu., Prygaev A.K., Vyshemirsky E.M., Kapustin O.E., Muradov A.V. Vielversprechende und traditionelle Rohrstähle für den Bau von Gas- und Ölpipelines. Monographie. - M.: Logos, 2011, 336 S.
9. Prygaev A.K., Kurakin I.B., Vasiliev A.A., Krivosheev Yu.V. Begründung der Wahl der Konstruktionswerkstoffe und der Entwicklung von Methoden ihrer Wärmebehandlung für die Herstellung von Maschinenteilen und Ausrüstungen für die Öl- und Gasindustrie. Methodisches Handbuch für die Studienarbeit in der Disziplin "Materials Science" - M.: Russian State University of Oil and Gas benannt nach IM Gubkina, 2015
10. Fektistov G. P., Karpman M. G., Miatyukhin V. M. und andere Materialwissenschaften und Materialtechnologie. - M.: Gymnasium, 2000
11. Gulyaev A.P. Materialwissenschaften. - M.: Metallurgie, 1986
12. Efimenko L. A., Prygaev A. K., Elagina O. Yu. Metallurgie und Wärmebehandlung von Schweißverbindungen. Lernprogramm. - M.: Logos, 2007 .-- 455 S.: Ill.
13. Methodische Richtlinien für Laborarbeiten im Studiengang "Materialwissenschaften" Teil 1 und Teil 2, - M.: Russian State University of Oil and Gas, 2000
14. Trofimova G.A. Methodische Richtlinien für Laborarbeiten "Aufbau und Analyse thermomechanischer Kurven für amorphe Polymere" und "Bestimmung mechanischer Eigenschaften von Kunststoffen und Kautschuken". - Moskau: Russische Staatliche Universität für Öl und Gas, benannt nach I.M. Gubkin, 1999

Zykluskorrosion und Schutz von Öl- und Gasgeräten

1. Semenova I. V., Florianovich G. M., Khoroshilov A. V. Korrosion und Korrosionsschutz. - M: Fizmatlit, 2010 .-- 416 S.
2. Medvedeva M.L. Korrosions- und Geräteschutz in der Öl- und Gasverarbeitung. Lernprogramm. Moskau: FSUE-Verlag "Oil and Gas" Russian State University of Oil and Gas benannt nach I. M. Gubkina, 2005 .-- 312 S.: Abb.
3. Medvedeva M.L., Muradov A.V., Prygaev A.K. Korrosion und Schutz der wichtigsten Pipelines und Lagerstätten: Lehrbuch für Universitäten des Öl- und Gasprofils. - M.: Verlagszentrum der Russischen Staatlichen Universität für Öl und Gas benannt nach I.M. Gubkina, 2013 .-- 250 S.
4. Sorokin G. M., Efremov A. P., Saakiyan L. S. Korrosionsmechanischer Verschleiß von Stählen und Legierungen. -M.: Öl und Gas, 2002

Zyklus-Tribologie

1. Sorokin G. M., Malyshev V. N., Kurakin I. B. Tribologie von Stählen und Legierungen: Lehrbuch für Universitäten. - M.: Russisch Staatliche UniversitätÖl und Gas benannt nach I.M. Gubkina, 2013.-- 383 S.: Abb.
2. Sorokin G. M., Kurakin I. B. Systemanalyse und komplexe Kriterien für die Festigkeit von Stählen. - M.: Nedra Publishing House LLC, 2011. - 101 S.
3. Sorokin G.M. Tribologie von Stählen und Legierungen. M.: Nedra, 2000
4. Vinogradov V. N., Sorokin G. M. Mechanischer Verschleiß von Stählen und Legierungen: Lehrbuch für Universitäten. - M.: Nedra, 1996.-- 364 S.: ill.
5. Vinogradov V. N., Sorokin G. M. Verschleißfestigkeit von Stählen und Legierungen: Lehrbuch für Hochschulen. - M.: Öl und Gas, 1994.-- 417 S.: ill. 246.

Thema:Studium des Kristallisationsprozesses von Metallen

Zielsetzung: den Mechanismus der Kristallisation von Metallen zu untersuchen, die Energiebedingungen des Kristallisationsprozesses.

Arbeitsauftrag

1. Studieren Sie theoretische Informationen.

2. Beantworten Sie in einem Heft für die praktische Arbeit schriftlich die Kontrollfragen.

Theoretische Informationen

Die allgemeine Eigenschaft von Metallen und Legierungen ist ihre kristalline Struktur, die durch eine bestimmte Anordnung der Atome im Raum gekennzeichnet ist. Um die Atom-Kristall-Struktur zu beschreiben, wird das Konzept einer Kristallzelle verwendet - das kleinste Volumen, dessen Translation in allen Dimensionen die Struktur des Kristalls vollständig reproduzieren kann. In einem echten Kristall werden Atome oder Ionen in einen Zustand des direkten Kontakts nahe gebracht, aber der Einfachheit halber werden sie durch Schemata ersetzt, bei denen die Anziehungszentren von Atomen oder Ionen durch Punkte dargestellt sind; Die für Metalle typischsten Zellen sind in Abb. 1.1.

Abbildung 1.1. Arten von Kristallgittern und die Anordnung der Atome darin:

a) flächenzentriert (FCC), b) körperzentriert (BCC), c) hexagonal dicht gepackt (GSC)

Jede Substanz kann in drei sein Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig, und der Übergang von einem Zustand in einen anderen erfolgt bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck. Die meisten technologischen Prozesse laufen bei Atmosphärendruck ab, dann sind Phasenübergänge durch die Temperatur der Kristallisation (Schmelzen), Sublimation und Sieden (Verdampfen) gekennzeichnet.

Mit steigender Temperatur eines Festkörpers nimmt die Beweglichkeit der Atome in den Knoten der Kristallzelle zu und ihre Schwingungsamplitude nimmt zu. Bei Erreichen der Schmelztemperatur reicht die Energie der Atome aus, um die Zelle zu verlassen – sie kollabiert unter Bildung einer flüssigen Phase. Der Schmelzpunkt ist eine wichtige physikalische Konstante von Materialien. Unter den Metallen hat Quecksilber den niedrigsten Schmelzpunkt (-38,9 ° C) und Wolfram (3410 ° C) den höchsten.

Das umgekehrte Bild ergibt sich, wenn die Flüssigkeit bei ihrer weiteren Erstarrung abgekühlt wird. In der Nähe des Schmelzpunktes bilden sich Atomgruppen, die wie in einem Festkörper in Zellen gepackt sind. Diese Gruppen sind Kristallisationszentren (Kerne), auf denen dann eine Kristallschicht wächst. Bei Erreichen des gleichen Schmelzpunktes geht das Material unter Bildung eines Kristallgitters in einen flüssigen Zustand über.

Kristallisation ist der Übergang eines Metalls von einem flüssigen in einen festen Zustand bei einer bestimmten Temperatur. Nach dem Gesetz der Thermodynamik tendiert jedes System dazu, in einen Zustand mit einem minimalen Wert an freier Energie überzugehen – einer zusammengesetzten inneren Energie, die isotherm in Arbeit umgewandelt werden kann. Daher verfestigt sich das Metall, wenn im festen Zustand weniger freie Energie vorhanden ist, und schmilzt, wenn im flüssigen Zustand weniger freie Energie vorhanden ist.

Der Kristallisationsprozess besteht aus zwei elementaren Prozessen: der Keimbildung von Kristallisationszentren und dem Wachstum von Kristallen aus diesen Zentren. Wie oben erwähnt, beginnt bei einer Temperatur nahe der Kristallisation die Bildung einer neuen Struktur, eines Kristallisationszentrums. Mit zunehmendem Unterkühlungsgrad nimmt die Zahl solcher Zentren zu, um die herum Kristalle zu wachsen beginnen. Gleichzeitig werden in der flüssigen Phase neue Kristallisationszentren gebildet, so dass sowohl durch die Entstehung neuer als auch durch das Wachstum bestehender Zentren gleichzeitig eine Zunahme der festen Phase erfolgt. Die Gesamhängt vom Verlauf beider Prozesse ab, die Zeund das Kristallwachstum hängen vom Grad der Unterkühlung ΔТ ab. In Abb. 1.2 zeigt schematisch den Kristallisationsmechanismus.

Reis. 1.2. Kristallisationsmechanismus

Echte Kristalle werden als Kristallite bezeichnet, sie haben eine unregelmäßige Form, die durch ihr gleichzeitiges Wachstum erklärt wird. Kristallisationskeime können Schwankungen des Grundmetalls, Verunreinigungen und verschiedene Feststoffpartikel sein.

Die Korngrößen hängen vom Grad der Unterkühlung ab: Bei kleinen Werten von ΔТ ist die Kristallwachstumsrate hoch, daher wird eine unbedeutende Menge an großen Kristalliten gebildet. Eine Erhöhung von ΔТ führt zu einer Erhöhung der Keimbildungsrate, die Anzahl der Kristallite nimmt deutlich zu und ihre Größe nimmt ab. Die Hauptrolle bei der Bildung der Metallstruktur spielen jedoch Verunreinigungen (nichtmetallische Einschlüsse, Oxide, Desoxidationsprodukte) - je mehr, desto kleiner die Korngrößen. Manchmal wird das Metall gezielt modifiziert - das gezielte Einbringen von Verunreinigungen, um die Korngröße zu reduzieren.

Bei der Bildung der Kristallstruktur spielt die Richtung der Wärmeabfuhr eine wichtige Rolle, da der Kristall in dieser Richtung schneller wächst. Die Abhängigkeit der Wachstumsgeschwindigkeit von der Richtung führt zur Bildung von verzweigten baumartigen Kristallen - Dendriten (Abb. 1.3).

Reis. 1.3 Dendritischer Kristall

Beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand findet immer eine selektive Kristallisation statt – zunächst härtet das reinere Metall aus. Daher sind die Korngrenzen stärker mit Verunreinigungen angereichert, und die Heterogenität der chemischen Zusammensetzung innerhalb der Dendriten wird als dendritische Liquidation bezeichnet.

In Abb. 1.4. zeigt das Gefüge eines Stahlbarrens, in dem 3 charakteristische Zonen unterschieden werden können: feinkörnig 1, eine Zone mit säulenförmigen Kristallen 2 und eine Zone mit Gleichgewichtskristallen 3. Zone 1 besteht aus einer Vielzahl von Kristallen, die nicht in orientiert sind Raum, der unter dem Einfluss einer erheblichen Temperaturdifferenz zwischen dem flüssigen Metall und den kalten Wänden gebildet wird.

Reis. 1.4. Stahlbarrenstruktur

Nach der Bildung der äußeren Zone verschlechtern sich die Bedingungen für die Wärmeabfuhr, die Hypothermie nimmt ab und es treten weniger Kristallisationszentren auf. Aus ihnen beginnen Kristalle in Richtung der Wärmeabfuhr (senkrecht zu den Wänden der Form) zu wachsen, wodurch Zone 2 gebildet wird. In Zone 3 gibt es keine klare Richtung für die Wärmeabfuhr, und die darin enthaltenen Kristallisationskeime enthalten verdrängte Fremdpartikel während der Kristallisation der vorherigen Zonen.

Kontrollfragen

1. In welchen Aggregatzuständen kann Material existieren?

2. Was nennt man Phasenumwandlung erster Art?

3. Welcher Vorgang wird als Kristallisation bezeichnet, zu welcher Phasenumwandlung gehört er?

4. Beschreiben Sie den Kristallisationsmechanismus des Metalls und die Bedingungen für seinen Start.

5. Was ist die Ursache für die dendritische Form der Kristalle?

6. Beschreiben Sie die Struktur des Metallbarrens

Laborarbeiten im Studiengang "Materialwissenschaften"

Das Semester

1. "Analyse der Kristallstruktur von Metallen und Legierungen" (Nr. 1, Workshop 2). 2 Std.

2. „Prüfmaterialien auf Härte“ (Nr. 10, Workshop 2). 1 Std.

3. „Prüfung von Proben auf Zug“ (Nr. 11, Workshop 2; oder „Mechanische Eigenschaften von Baustoffen“, separates Dossier). 2 Std.

4. „Bestimmung der Schlagzähigkeit des Materials“ (Nr. 12, Workshop 2). 1 Std.

5. "Fraktographische Analyse der Zerstörung metallischer Werkstoffe" (Nr. 9, Workshop 2). 1 Std.

6. „Einfluss der kalten plastischen Verformung und Rekristallisationstemperatur auf das Gefüge und die Eigenschaften von Metallen“ (Nr. 4, Workshop 1). 2 Std.

7. "Thermische Analyse von Legierungen" (Nr. 1, Workshop 1). Teil 1 - Aufbau eines Zustandsdiagramms des Systems "Zink-Zinn" nach der thermischen Methode. Teil 2 - Analyse der Diagramme zum Zustand binärer Legierungen: Führen Sie eine individuelle Aufgabe unter Punkt 5 im "Inhalt des Berichts" aus. 2 Std.

8. "Makroskopische Analyse (Makroanalyse) des Gefüges metallischer Werkstoffe" (Nr. 2, Workshop 2). 1 Std.

9. "Mikroskopische Analyse (Mikroanalyse) des Gefüges metallischer Werkstoffe" (Nr. 3, Workshop 2). 1 Std.

Das Semester

1 (10). „Mikroskopische Analyse von Metallen und Legierungen. Das Gefüge von Kohlenstoffstählen "(Nr. 2, Workshop 1) oder ähnliche Arbeit Nr. 7 "Untersuchung des Gefüges von Kohlenstoffstählen im Gleichgewichtszustand mit der Methode der Mikroanalyse", Workshop 2). Praktischer Teil: Die Studierenden betrachten das Gefüge von vier Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit dem Mikroskop MIM-7: technisches Eisen, untereutektoide, eutektoide und übereutektoide Legierungen. Sie machen schematische Skizzen, signieren die Strukturbauteile, geben ein Beispiel für eine Stahlsorte an, bei einer untereutektoiden Legierung wird der Kohlenstoffgehalt nach der Formel berechnet. 1 Std. + t.

2 (11). „Eisen-Kohlenstoff-Statusdiagramm. Gefüge, Eigenschaften und Anwendung von Gusseisen "Nr. 3 aus der Werkstatt 1) ​​oder eine ähnliche Arbeit Nr. 8 "Untersuchung des Gefüges von Kohlenstoff-Gusseisen nach der Mikroanalysemethode" aus der Werkstatt 2). Praktischer Teil: Die Studierenden betrachten am Mikroskop MIM-7 das Gefüge von drei Gusseisen: Grauguss mit Feinlamellargraphit auf Perlitbasis, Sphäroguss auf Ferrit-Perlitbasis und untereutektischem Weissguss. Leider nicht mehr. Sie machen auch Skizzen, schreiben die Namen von Gusseisen und Bauteilen. 1 Std. + t.

3 (12). „Der Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf die Härte von Kohlenstoffstahl“ Nr. 20 aus der Werkstatt 2). Praxisteil: vier Muster aus U8-Stahl. Einer ist geglüht, der zweite normalgeglüht, der dritte in Öl abgeschreckt und der vierte in Wasser abgeschreckt. Die Härte wird gemessen, ein Diagramm der Abhängigkeit der Härte von der Abkühlgeschwindigkeit wird aufgetragen. Abkühlraten werden bei Laborarbeiten einer Tabelle entnommen. 2 Std.

4 (13). "Abschrecken von Kohlenstoffstählen" Nr. 5 aus Workshop 1). Praktischer Teil: Drei Proben aus Stahl 20, 45, U9 werden in Wasser abgeschreckt, eine Probe aus Stahl 45 wird in Öl abgeschreckt. Die Härte wird vor (HRB) und nach (HRC) Härten gemessen. Die Umrechnungstabelle dient zur Ermittlung der Härte in HB-Einheiten. Basierend auf den Ergebnissen werden zwei Diagramme erstellt: HB = f (% C) und HRC = f (Vcool.). 2 Std. + t.

5 (14). "Urlaub Stahl" Nr. 6 aus der Werkstatt 1) ​​oder ähnliche Arbeit Nr. 18 "Urlaub aus Kohlenstoffstahl" aus der Werkstatt 2). Praxisteil: nach Workshop 1) niedriges (200 °C), mittleres (400°C) und hohes (600°C) Anlassen von gehärteten Proben aus Stahl 45 und niedriges Anlassen (200°C) eines gehärteten Probestücks aus Stahl U9 durchgeführt. Härte messen. Erstellen Sie einen Graphen HRC = f (Tamp.). Gemäß Workshop 2) wird ein niedriges, mittleres und hohes Anlassen von gehärteten Proben aus U8-Stahl durchgeführt. 2 Std. + t.

6 (15). "Glühen und Normalisieren von Stahl" Nr. 7 aus Workshop 1). Praktischer Teil: zwei Proben aus Stahl 45. Mit einer wird isotherm geglüht und mit der zweiten normalisiert. 2 Std. + t.

7 (16). "Chemische Wärmebehandlung von Stahl" Nr. 8 aus Werkstatt 1. 1 Std.

8 (17). „Einfluss von Legierungselementen auf die Härtbarkeit von Stahl, bestimmt nach der Methode des Endhärtens“ Nr. 21 aus Werkstatt 2. 2 Std.

9 (18). "Einstufung, Kennzeichnung und Verwendung von Baustoffen." Praktischer Teil: Die Studierenden erhalten eine Karte mit fünf Stempeln, die jeweils detailliert beschrieben werden. 1 Std.

Laborarbeit Nr. 1

ANALYSE DER KRISTALLINEN STRUKTUR

METALLE UND LEGIERUNGEN

Zielsetzung:

Lernen Sie die Arten von Kristallgittern von Metallen und Legierungen, Kristallstrukturfehler und Arten von Mischkristallen kennen.

Geräte, Materialien und Werkzeuge

Modelle der wichtigsten Arten von Kristallgittern von Metallen und Mischkristallen.

Kurze theoretische Informationen

Atomare Kristallstruktur von Metallen. Metalle haben unter normalen Bedingungen eine kristalline Struktur, Besonderheit das ist eine bestimmte gegenseitige periodische Anordnung von Atomen, die sich über beliebig große Entfernungen ausbreitet. Diese Anordnung der Atome wird gewöhnlich als Fernordnung bezeichnet. Unter Atom-Kristall-Struktur wird also die gegenseitige Anordnung von Atomen (Ionen) verstanden, die in einem realen Kristall existiert. Um die Atom-Kristall-Struktur zu beschreiben, wird das Konzept eines Raum- oder Kristallgitters verwendet. Das Kristallgitter eines Metalls ist ein imaginäres räumliches Gitter, an dessen Knoten sich Atome (Ionen) befinden, zwischen denen sich freie Elektronen bewegen. Die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Ionen und Elektronen gleichen die Abstoßungskräfte zwischen Ionen aus. Daher sind die Positionen der Atome so, dass die minimale Wechselwirkungsenergie zwischen ihnen und folglich die Stabilität des gesamten Aggregats gewährleistet ist.

Das minimale Volumen eines Kristalls, das eine Vorstellung von der atomaren Struktur eines Metalls im gesamten Volumen gibt, wird genannt Elementarkristallzelle. Reine Metalle haben eine der folgenden Arten von Kristallgittern: körperzentriert (bcc), flächenzentriert (fcc) und hexagonal dicht gepackt (hcp) (Abb. 1).

Das bcc-Gitter ist beispielsweise a-Eisen, Lithium, Vanadium, Wolfram, Molybdän, Chrom, Tantal; FCC-Gitter - Aluminium, G-Eisen, Kupfer, Gold, Nickel, Platin, Blei, Silber. Das hcp-Gitter enthält Magnesium, Zink, Beryllium, Cadmium, Kobalt, a-Titan.

Koordinatenrichtungen (kristallographische Achsen). Im kristallographischen Achsensystem lässt sich die Form der Elementarzelle des Raumgitters mit drei Koordinatenwinkeln a, b und g zwischen den kristallographischen Achsen und drei Gitterparametern beschreiben a, b, c.

Die Elementarzellen der kubischen Gitter von bcc (Abb.1a) und fcc (Abb.1b) sind gekennzeichnet durch die Gleichheit der Winkel a = b = g = 90 ° und die Gleichheit der Gitterparameter a = b = c. Das hcp-Gitter (Abb.1c) ist gekennzeichnet durch die Werte der Winkel a = b = 90 ° und g = 120 ° und die Gleichheit der beiden Gitterparameter a = bc.

Kristallographische Symbole werden verwendet, um atomare Ebenen und Richtungen in einem Kristall zu beschreiben. Um die Symbole der Ebenen zu bestimmen, verwenden Sie die Methode der Indizierung der Ebene nach Liniensegmenten. Dazu wird ein Koordinatensystem so gewählt, dass die Koordinatenachsen I, II, III parallel zu den drei Schnittkanten des Kristalls liegen (Abb. 2). In der Regel ist die erste kristallographische Achse auf den Betrachter gerichtet, die zweite horizontal und die dritte nach oben gerichtet. Ebene А 1 В 1 С 1 schneidet ab bei Koordinatenachsen Segmente gleich groß wie die Gitterparameter ОА 1 = a, ОВ 1 = b, OC 1 = c. Die Ebene A 1 B 1 C 1 wird als Einzelebene bezeichnet. Die Gitterparameter a, b, c werden als axiale Einheiten verwendet.

Um die kristallographischen Indizes der Ebene А 2 В 2 С 2 zu bestimmen, ist es notwendig:

Finden Sie die Parameter einer gegebenen Ebene, d. h. die Segmente in axialen Einheiten, die von dieser Ebene auf den Koordinatenachsen abgeschnitten werden;

Schreiben Sie das Verhältnis von drei Brüchen auf, deren Zähler die Parameter der Einheitsebene А 1 В 1 С 1 sind und deren Nenner die Parameter der gegebenen Ebene А 2 В 2 С 2 sind, d.h. 1 / 2: 1 / 2: 1 / 2;

Reduziere das resultierende Verhältnis auf das Verhältnis von drei ganzzahligen Koprimzahlen, d.h. reduziere die Brüche auf gemeinsamer Nenner, kürze wenn möglich um einen gemeinsamen Faktor und verwerfe den Nenner.

Die resultierenden drei ganzen Zahlen und Koprimzahlen, bezeichnet mit h, k, l, werden als Indizes der Atomebene bezeichnet. Die Menge der Indizes wird als Symbol der Atomebene bezeichnet, die normalerweise in Klammern eingeschlossen und geschrieben wird (hkl). Wenn die Ebene die Koordinatenachsen in einem negativen Viertel schneidet, wird ein "-"-Zeichen über dem Index platziert. Ist die betrachtete Ebene parallel zu einer der kristallographischen Achsen, so ist der dieser Achse entsprechende Index null. Abbildung 3 zeigt Beispiele für die Indizierung von Ebenen in der kubischen Elementarzelle von Bravais.

Die Symbole sollten numerisch gelesen werden, zum Beispiel (100) als 1, 0, 0. Die Symbole für die parallelen Ebenen sind gleich. Folglich beschreibt das Ebenensymbol eine unendlich große Familie paralleler Atomebenen, die strukturell äquivalent sind. Atomare Ebenen einer Familie befinden sich im gleichen interplanaren Abstand d voneinander.

Atomare Ebenen verschiedener Familien können nicht parallel sein, aber in der Anordnung der Atome und dem Interplanarabstand d identisch sein. Solche Ebenen werden kombiniert und mit dem Symbol (hkl) bezeichnet. In kubischen Kristallen umfasst ein Satz also Ebenenfamilien, deren Indizes sich nur in den Vorzeichen und der Position im Symbol unterscheiden. Zum Beispiel umfasst der Satz von Atomebenen (100) sechs Familien: (100), (͞100), (010), (0 ͞10), (001), (00͞1).

Das Symbol der kristallographischen Richtung wird durch drei Primzahlen (Indizes) u, v, w bestimmt, die proportional zu den Koordinaten des Radiusvektors R sind, der den Ursprung (Startplatz) mit dem nächstgelegenen Kristallgitterplatz in einer gegebenen Richtung verbindet. Indizes werden in eckige Klammern eingeschlossen und notiert. Wenn die Richtung nicht durch den Ursprung (Startknoten) geht, muss sie gedanklich parallel zu sich selbst übertragen werden oder die Ursprungs- und Koordinatenachsen so verschieben, dass die Richtung durch den Ursprung geht.

Abbildung 4 zeigt Beispiele für kristallographische Richtungsangaben in einem kubischen Kristall.

Platziere den Ursprung am Punkt Ö... Dann zum Beispiel der Punkt Mit hat die Koordinaten 0, 0, 1; Richtungssymbol Wespen-. Es wird separat gelesen - "Richtung Null - Null - Eins". Punkt e hat Koordinaten ½; ½; eins; Richtungssymbol Oh-. So definieren Sie ein Richtungssymbol aw, gedanklich parallel zu sich selbst auf den Punkt übertragen Ö; dann die Koordinaten des Punktes v- 1, 1, 0; Richtungssymbol ist [͞110]. Bei einer Richtungsumkehr kehren sich die Vorzeichen der Indizes beispielsweise um und (siehe Abbildung 1.5). Parallele Richtungen haben die gleichen Symbole und werden zu Familien zusammengefasst. Familien identischer, aber nicht paralleler Richtungen bilden eine Menge, die mit bezeichnet wird , zum Beispiel in einer Reihe von Richtungen<100>enthält Richtungsfamilien, [͞100],,,,.

In hexagonalen Kristallen wird hauptsächlich ein vierachsiges Koordinatensystem verwendet, um Ebenen anzuzeigen. Beispiele für die Ebenenindexierung in einem hexagonalen Kristall sind in Abbildung 5 dargestellt.

Die vierte Koordinatenachse OU liegt in der horizontalen Ebene und befindet sich entlang der Winkelhalbierenden zwischen den negativen Halbachsen (-ОХ) und (-ОY). Das Ebenensymbol besteht aus vier Indizes und wird geschrieben (hkil). Drei davon (h, k und l) werden aus den Kehrwerten der von der betrachteten Ebene abgeschnittenen Segmente auf drei kristallographischen Achsen (OX), (OY), (OZ) und dem vierten Index berechnet ich berechnet nach dem Verhältnis:

h + k + i = 0 (1)

Wenn beispielsweise h = 1; k = 1, l = 0, dann können wir mit der Beziehung (1) den vierten Index finden: i = - (h + k) = - (1 +1) = -2. Das Ebenensymbol wird als (11͞20) geschrieben. Dies ist die uns am nächsten liegende Ebene in Abbildung 6. Der vierte Index i wird verwendet, wenn identische Ebenen bezeichnet werden müssen, und wird nicht verwendet, wenn Interplanarabstände, Winkel zwischen Ebenen und Richtungen berechnet werden. Anstatt das Ebenensymbol vollständig zu schreiben, beispielsweise (11͞20), wird daher manchmal (11.0) verwendet, d.h. statt des Index i setzen sie einen Punkt. Familien und Anordnungen identischer Ebenen werden ähnlich wie Familien und Anordnungen in kubischen Kristallen definiert.

Um die kristallographischen Richtungen in hexagonalen Kristallen zu beschreiben, werden sowohl triaxiale als auch vieraxiale Symbole verwendet. Dreiachsige Symbole werden durch die Koordinaten eines gegebenen Radiusvektors (wie bei kubischen Kristallen) bestimmt.

Zwischen den vierachsigen Richtungsindizes besteht eine Beziehung:

r1 + r2 + r3 = 0 (2)

Um von dreiachsigen Symbolen zu vierachsigen Symbolen zu wechseln, werden die folgenden Beziehungen verwendet:

r 1 = 2u – v; r 2 = 2v - u; r 3 = -u - v; r4 = 3w (3)

Beispiele für die Angabe kristallographischer Richtungen in einem hexagonalen Kristall sind in Abbildung 6 dargestellt.

Neben den geometrischen Eigenschaften eines Kristalls verwendet die physikalische Materialwissenschaft folgende Konzepte: die Anzahl der Atome pro Zelle n I, die Koordinationszahl (CN) und den Füllfaktor η.

Mit der Anzahl der Atome pro Zelle n meine ich die Anzahl der Atomvolumina pro Bravais-Elementarzelle. Nehmen wir das Volumen von einem Atom pro Einheit. Betrachten Sie als Beispiel eine körperzentrierte Zelle, die aus 9 Atomen besteht, von denen sich 8 an den Ecken des Würfels und 1 in der Mitte des Würfels befinden. Jedes Atom in einem Scheitel gehört gleichzeitig zu acht benachbarten Zellen, daher gehört 1/8 von jedem der 8 Atome zu einer Zelle: 1/8. 8 = 1; das Atom in der Mitte des Würfels gehört vollständig zur Zelle. Eine körperzentrierte Zelle wird also von zwei Atomvolumina gebildet, d. h. es gibt zwei Atome pro Zelle.

Unter Koordinationszahl (CN) versteht man die Anzahl der Atome, die sich auf demselben und dem kleinsten Abstand zu einem gegebenen Atom befinden. Je höher die Koordinationszahl, desto höher die Packungsdichte der Atome. In einem kubisch raumzentrierten Gitter ist also CN = 8; in flächenzentrierten und hexagonalen Gittern, CN = 12.

Der Füllfaktor η ist das prozentuale Verhältnis des von Atomen eingenommenen Volumens V a in einer Zelle zum Volumen der gesamten Zelle V i:

η = (V a / V i) ∙ 100 % (4)

Die Koordinationszahl (CN) und der Füllfaktor η charakterisieren die Packungsdichte von Atomen in der Elementarzelle eines Metallkristalls. Die dichteste Packung von Atomen wird in den flächenzentrierten und hexagonalen Bravais-Zellen realisiert.

Kristalline Defekte . Ein echter Kristall unterscheidet sich von einem idealen durch das Vorhandensein von Kristallstrukturfehlern, die die makroskopischen Eigenschaften kristalliner Körper oft entscheidend beeinflussen. Geometrisch werden Defekte in drei Gruppen eingeteilt:

Punkt (nulldimensional);

Linear (eindimensional);

Oberfläche (zweidimensional).

Punktdefekte haben in allen Richtungen Abmessungen von einem bis vier Atomdurchmessern. Sie werden in Eigene und Unreinheit unterteilt.

Intrinsische Punktdefekte umfassen: Leerstellen, die gebildet werden, wenn ein Atom (Ion) aus seiner normalen Position in einem Kristallgitterplatz entfernt wird, und Zwischengitteratome - die Atome des unedlen Metalls, die sich in Zwischengitterplätzen des Kristallgitters befinden. Störatome umfassen Atome anderer (oder anderer) Elemente, die nach dem Substitutions- oder Insertionsprinzip im Hauptgitter gelöst sind.

Abbildung 7 zeigt in einem zweidimensionalen Modell des Kristalls Leerstellen, ein intrinsisches Zwischengitteratom sowie Substitutions- und Zwischengitteratome.

Am häufigsten sind offene Stellen. Es gibt zwei bekannte Mechanismen für die Entstehung von Leerstellen: den Schottky-Mechanismus - wenn ein Atom unter dem Einfluss von thermischen Schwankungen die äußere Oberfläche oder die Oberfläche einer Pore oder einen Riss im Inneren eines Kristalls verlässt, und der Frenkel-Mechanismus - wenn ein Paar von " intrinsisches interstitielles Atom - Leerstelle" bildet sich im Kristallgitter bei Verformung, Bestrahlung von Metallen mit ionisierender Strahlung: schnelle Elektronen, - Strahlen. In echten Kristallen bilden sich ständig Leerstellen und verschwinden unter dem Einfluss von Temperaturschwankungen. Die Aktivierungsenergie für die Bildung einer Leerstelle beträgt ungefähr 1 eV, für ein Zwischengitteratom 3 bis 10 eV.

Mit steigender Temperatur nimmt die Gleichgewichtskonzentration von Punktdefekten im Kristall zu. Bei plastischer Verformung, Bestrahlung und Abschreckung nimmt die Anzahl der Punktdefekte stark zu, was zu einer Verletzung ihrer Gleichgewichtskonzentration um mehrere Größenordnungen führt.

Substitutionelle Fremdatome wandern auf die gleiche Weise wie die Hauptatome - durch den Leerstellenmechanismus. Störstellen-Zwischengitteratome sind klein und können daher im Gegensatz zu großen intrinsischen Zwischengitteratomen über die Hohlräume zwischen den Atomen des Kristallgitters wandern.

Punktdefekte haben einen großen Einfluss auf den Mechanismus und die Kinetik von Kriechprozessen, Langzeitbruch, Bildung von Diffusionsporosität, Entkohlung, Graphitisierung und anderen Prozessen, die mit der Übertragung von Atomen in der Masse eines Stoffes verbunden sind, sowie auf physikalische Eigenschaften: elektrischer Widerstand, Dichte.

Lineare Defekte sind in zwei Richtungen klein (mehrere Atomdurchmesser) und haben in der dritten eine große Ausdehnung, vergleichbar der Länge des Kristalls. Lineare Defekte umfassen Versetzungen, Leerstellenketten und Zwischengitteratome.

Versetzungen werden in zwei Haupttypen unterteilt: Kante und Schraube.

Eine Kantenversetzung kann man sich vorstellen, indem man einen perfekten Kristall, beispielsweise mit einem primitiven kubischen Gitter, gedanklich vertikal aufspaltet und eine extra kurze Atomschicht, die Extraebene genannt wird, darin einfügt. Eine Extraebene kann auch durch Verschieben eines Teils des Kristalls relativ zum anderen erhalten werden. Die Extraebene biegt wie ein Keil das Gitter um seine Unterkante im Inneren des Kristalls (Abb. 8).

Der Bereich der Unvollkommenheit um den Rand der Extraebene wird als Kantenversetzung bezeichnet. Starke Verzerrungen des Kristallgitters sind sozusagen in einem "Rohr" mit einem Durchmesser von zwei bis zehn Atomdurchmessern eingeschlossen, dessen Achse der Rand der Extraebene ist. Entlang der extraebenen Linie sind die Unvollkommenheiten makroskopisch, während sie in den anderen beiden Richtungen (entlang des "Rohrdurchmessers") sehr klein sind. Befindet sich die Extraebene im oberen Teil des Kristalls, so wird die damit verbundene Versetzung positiv genannt und mit (┴) bezeichnet; befindet sich die Extraebene im unteren Teil, dann heißt die Versetzung negativ und wird mit (┬) bezeichnet.

Unter Einwirkung einer von außen angelegten Spannung kann eine Kantenversetzung entlang bestimmter kristallographischer Ebenen und Richtungen gleiten. Das vorherrschende Gleiten tritt entlang dicht gepackter Ebenen auf. Die Kombination aus Gleitebene und Gleitrichtung wird als Gleitsystem bezeichnet. Jeder Kristallgittertyp zeichnet sich durch seine eigenen Gleitsysteme aus. In Kristallen mit kubisch-flächenzentriertem Gitter sind dies also die Ebenen der Menge (111) und die Richtungen der Menge<110>(Cu, Al, Ni), mit kubisch-raumzentriertem Gitter - (110) (α-Fe, Mo, Nb), (211) (Ta, W, α-Fe), (321) (Cr, α- Fe) und<111>, mit hexagonal dicht gepackt - (0001),<11͞20>(Zn, Mg, Be), (1͞100), (10͞11),<11͞20>(Ti), (11͞22),<1͞213>(Ti). Die für die Scherung erforderliche Spannung wird als kritische Scherspannung oder Schubspannung bezeichnet. Außerdem nimmt zu jedem Zeitpunkt nur eine kleine Gruppe von Atomen an der Verschiebung auf beiden Seiten der Gleitebene teil. Abbildung 9 zeigt ein Diagramm des Gleitens einer Kantenversetzung durch einen Kristall.

Die letzte Etappe Schlupf ist der Austritt einer Kantenversetzung (Extraebene) auf der Oberfläche des Kristalls. Dabei wird der obere Teil des Kristalls gegenüber dem unteren um einen Atomabstand in Scherrichtung verschoben. Eine solche Bewegung ist ein elementarer Akt der plastischen Verformung. Gleiten ist eine konservative Bewegung, die nicht mit der Übertragung von Materie verbunden ist. Richtung und Größe der Scherung bei der Verschiebung der Randversetzung werden durch den Burgers-Vektor charakterisiert B und seine Macht bzw. Die Verschiebungsrichtung der Randversetzung ist parallel zum Burgers-Vektor.

Neben dem Gleiten kann sich eine Kantenversetzung durch Kriechen bewegen, was durch eine Diffusionsstrecke erfolgt und ein thermisch aktivierter Vorgang ist. Ein positiver Anstieg tritt auf, wenn sich eine Kette von Atomen vom Rand der Extraebene zu benachbarten Leerstellen oder Zwischenräumen bewegt, d. die Extraebene wird um einen Atomabstand verkürzt und die Kantenversetzung geht parallel zur ersten in die obere Gleitebene über. Ein negatives Steigen tritt auf, wenn die Kante der Extraebene aufgrund der Hinzufügung von Zwischengitter- oder Nachbaratomen durch eine Atomreihe vervollständigt wird und die Kantenversetzung in die untere Gleitebene übergeht. Krabbeln ist eine nicht konservative Bewegung, d.h. tritt beim Stofftransport auf. Die Kriechgeschwindigkeit hängt sowohl von der Temperatur als auch von der Konzentration der Punktfehler ab.

Eine Schraubenluxation kann wie eine Kantenluxation durch eine Verschiebung erzeugt werden. Stellen wir uns einen Kristall in Form eines Stapels horizontaler paralleler Atomebenen vor. Lassen Sie uns gedanklich eine blinde Kerbe in den Kristall machen (Abb. 10a) und zum Beispiel den rechten Teil nach unten (entlang der ABCD-Ebene) um eine interplanare Distanz bewegen (Abb. 10b).

Eine Schraubenluxation wird unterteilt in die rechte (Abb.10b), wenn man von der oberen Ebene zur unteren Verrenkungslinie wandert, muss man im Uhrzeigersinn umhergehen, und die linke, wenn man von der oberen Ebene zur unteren Verrenkungslinie wechselt, eine muss gegen den Uhrzeigersinn gehen (wenn relativ zum ABCD auf der linken Seite des Kristalls nach unten gehen). Die Schraubenluxationslinie verläuft immer parallel zum Burgers-Vektor (Abb. 11).

Eine Schraubenversetzung ist im Gegensatz zu einer Kantenversetzung keiner bestimmten Scherebene zugeordnet und kann daher durch Gleiten in jeder kristallographischen Ebene gleiten, die eine Versetzungslinie und einen Schervektor enthält (Abb. 12). Die Bewegungsrichtung der Schraubenversetzung ist immer senkrecht zum Burgers-Vektor. Als Ergebnis des Gleitens sowohl der Kanten- als auch der Schraubenversetzungen wird auf der Kristalloberfläche eine Stufe mit einer Höhe gleich dem Burgers-Vektor gebildet B(Abb. 12).

Versetzungen sind in allen Kristallen vorhanden. In unverformten Metallen beträgt die Versetzungsdichte also 10 6 -10 8 cm -2; in homöopolaren Kristallen - 10 4 cm -2. Bei einer äußeren Spannung gleich der kritischen Schubspannung τ cr = 10 -5 G, wobei G der Elastizitätsmodul des Materials ist, beginnen sich die Versetzungen zu bewegen, dh es beginnt die plastische Verformung. Bei der plastischen Verformung nimmt die Versetzungsdichte zu. Bei verformten Metallen beträgt die Versetzungsdichte beispielsweise 10 10 –10 12 cm -2; in homöopolaren Kristallen bis 10 8 cm -2. Als Hindernisse für sich bewegende Versetzungen dienen verschiedene Arten von Barrieren (Zweitphasenpartikel, Punktdefekte, Korngrenzen etc.). Darüber hinaus beginnen sie sich mit zunehmender Anzahl von Versetzungen anzusammeln, verheddern sich und stören andere sich bewegende Versetzungen. Mit zunehmendem Umformgrad steigt τcr, d. h. um den Umformprozess fortzusetzen, ist eine Zunahme der äußeren Spannungen erforderlich, die gewissermaßen die Verfestigung des Werkstoffs bestimmen.

Oberflächenfehler. Oberflächendefekte umfassen Korngrenzen (Subkörner) (Abb. 13). Oberflächendefekte sind zweidimensional, dh sie sind in zwei Richtungen makroskopisch und in der dritten Richtung atomar. Die Grenzen werden als Niedrigwinkel bezeichnet, wenn die Fehlorientierung der Kristallgitter benachbarter Körner 10° nicht überschreitet, und als Hochwinkel (großer Winkel) bei einer größeren Fehlorientierung.

Grenzen mit kleinem Winkel können durch Systeme von sowohl Kanten- als auch Schraubenversetzungen unterschiedlicher Orientierung und mit unterschiedlichen Burgers-Vektoren gebildet werden. Kleinwinkelgrenzen entstehen beim Wachstum von Kristallen aus einer Schmelze, bei plastischer Verformung usw. Versetzungen einer Kleinwinkelgrenze ziehen Punktdefekte aufgrund der elastischen Wechselwirkung mit ihnen an. Die Migration der Kleinwinkelgrenze erfolgt nur durch Diffusion. Daher hemmen Punktdefekte, die in der grenznahen Zone in mehreren Atomabständen konzentriert sind, diesen Prozess und stabilisieren die Unterstruktur.

Grenzen mit großem Winkel wurden viel früher als solche mit kleinem Winkel gefunden und sind die „älteste“ Art von Kristallstrukturdefekten. Es wird angenommen, dass die Großwinkelgrenze eine Schicht mit einer Dicke von 2-3 Atomdurchmessern ist, in der die Atome einige Zwischenpositionen in Bezug auf die korrekten Positionen der Gitterplätze benachbarter Körner einnehmen. Diese Position der Atome liefert die minimale potentielle Energie in der Grenzschicht und ist daher ziemlich stabil.

Die Art und das Verhalten sowohl der Kleinwinkel- als auch der Großwinkelgrenzen unter Kraft und Temperatur beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Materials.

Übung

1. Eine Ebene in einem kubischen Kristall schneidet Segmente gleich a auf den Koordinatenachsen ab; 2c; Mit. Bestimmen Sie die kristallographischen Indizes der Ebene (hkl).

2. Erstellen Sie ein räumliches Bild von Ebenen (zum Beispiel einen Würfel) mit kristallographischen Indizes (110); (111); (112); (321); (1͞10); (͞111); (͞1͞1͞1).

3. Definieren Sie das Symbol für die Richtung durch die Punkte (0, in / 3, s / 3).

4. Erstellen Sie ein räumliches Bild der folgenden Richtungen in einem Würfel; ; ; [einhundert]; ; ; ; ; ; ; [͞111]; ; ; [͞1͞11]; [͞111]; ; [͞1͞1͞1]; ; ...

5. Zählen Sie die Anzahl der Atome in einer Zelle und die Koordinationszahl für bcc- und fcc- und hcp-Gitter.

Kontrollfragen

1. Wie viele Arten von Bravais-Elementarzellen sind heute bekannt? Welche davon sind am typischsten für Metalle?

2. Was sind kristallographische Symbole? Beschreiben Sie das Schema zur Bestimmung des Symbols der Atomebene in einem Kristall.

3. Welche Arten von Punktdefekten gibt es in Kristallen? Welche Distanzen werden von der durch den Punktfehler verursachten Verzerrung zurückgelegt?

4. Wie verändert sich die Leerstellenkonzentration mit steigender Temperatur?

5. Warum werden Versetzungen als lineare Defekte bezeichnet?

6. Auf welcher Grundlage werden Versetzungen in Rand- und Schraubenversetzungen unterteilt?

7. Was ist der Burgers-Vektor? Was ist die Kardinalität des Burgers-Vektors?

8. Wie ist der Burgers-Vektor in Bezug auf die Kanten- und Schraubenversetzungslinie ausgerichtet?

9. Was sind Oberflächenfehler?

10. Was sind die physikalischen Eigenschaften von kristallinem Feststoffe Sind Kristallstrukturfehler betroffen?

Laborarbeit Nr. 2

1. Semester

1. "Analyse der Kristallstruktur von Metallen und Legierungen" (Nr. 1, Workshop 2). 2 Std.

2. „Prüfmaterialien auf Härte“ (Nr. 10, Workshop 2). 1 Std.

3. „Prüfung von Proben auf Zug“ (Nr. 11, Workshop 2; oder „Mechanische Eigenschaften von Baustoffen“, separates Dossier). 2 Std.

4. „Bestimmung der Schlagzähigkeit des Materials“ (Nr. 12, Workshop 2). 1 Std.

5. "Fraktographische Analyse der Zerstörung metallischer Werkstoffe" (Nr. 9, Workshop 2). 1 Std.

6. „Einfluss der kalten plastischen Verformung und Rekristallisationstemperatur auf das Gefüge und die Eigenschaften von Metallen“ (Nr. 4, Workshop 1). 2 Std.

7. "Thermische Analyse von Legierungen" (Nr. 1, Workshop 1). Teil 1 - Aufbau eines Zustandsdiagramms des Systems "Zink-Zinn" nach der thermischen Methode. Teil 2 - Analyse der Diagramme zum Zustand binärer Legierungen: Führen Sie eine individuelle Aufgabe unter Punkt 5 im "Inhalt des Berichts" aus. 2 Std.

8. "Makroskopische Analyse (Makroanalyse) des Gefüges metallischer Werkstoffe" (Nr. 2, Workshop 2). 1 Std.

9. "Mikroskopische Analyse (Mikroanalyse) des Gefüges metallischer Werkstoffe" (Nr. 3, Workshop 2). 1 Std.

2. Semester

1 (10). „Mikroskopische Analyse von Metallen und Legierungen. Das Gefüge von Kohlenstoffstählen "(Nr. 2, Workshop 1) oder ähnliche Arbeit Nr. 7 "Untersuchung des Gefüges von Kohlenstoffstählen im Gleichgewichtszustand mit der Methode der Mikroanalyse", Workshop 2). Praktischer Teil: Die Studierenden betrachten das Gefüge von vier Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit dem Mikroskop MIM-7: technisches Eisen, untereutektoide, eutektoide und übereutektoide Legierungen. Sie machen schematische Skizzen, signieren die Strukturbauteile, geben ein Beispiel für eine Stahlsorte an, bei einer untereutektoiden Legierung wird der Kohlenstoffgehalt nach der Formel berechnet. 1 Std. + t. 2 (11). „Eisen-Kohlenstoff-Statusdiagramm. Gefüge, Eigenschaften und Anwendung von Gusseisen "Nr. 3 aus der Werkstatt 1) ​​oder eine ähnliche Arbeit Nr. 8 "Untersuchung des Gefüges von Kohlenstoff-Gusseisen nach der Mikroanalysemethode" aus der Werkstatt 2). Praktischer Teil: Die Studierenden betrachten am Mikroskop MIM-7 das Gefüge von drei Gusseisen: Grauguss mit Feinlamellargraphit auf Perlitbasis, Sphäroguss auf Ferrit-Perlitbasis und untereutektischem Weissguss. Leider nicht mehr. Sie machen auch Skizzen, schreiben die Namen von Gusseisen und Bauteilen. 1 Std. + t. 3 (12). „Der Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf die Härte von Kohlenstoffstahl“ Nr. 20 aus der Werkstatt 2). Praxisteil: vier Muster aus U8-Stahl. Einer ist geglüht, der zweite normalgeglüht, der dritte in Öl abgeschreckt und der vierte in Wasser abgeschreckt. Die Härte wird gemessen, ein Diagramm der Abhängigkeit der Härte von der Abkühlgeschwindigkeit wird aufgetragen. Abkühlraten werden bei Laborarbeiten einer Tabelle entnommen. 2 Std.

4 (13). "Abschrecken von Kohlenstoffstählen" Nr. 5 aus Workshop 1). Praktischer Teil: Drei Proben aus Stahl 20, 45, U9 werden in Wasser abgeschreckt, eine Probe aus Stahl 45 wird in Öl abgeschreckt. Die Härte wird vor (HRB) und nach (HRC) Härten gemessen. Die Umrechnungstabelle dient zur Ermittlung der Härte in HB-Einheiten. Basierend auf den Ergebnissen werden zwei Diagramme erstellt: HB = f (% C) und HRC = f (Vcool.). 2 Std. + t.

5 (14). "Urlaub Stahl" Nr. 6 aus der Werkstatt 1) ​​oder ähnliche Arbeit Nr. 18 "Urlaub aus Kohlenstoffstahl" aus der Werkstatt 2). Praxisteil: nach Workshop 1) niedriges (200 °C), mittleres (400°C) und hohes (600°C) Anlassen von gehärteten Proben aus Stahl 45 und niedriges Anlassen (200°C) eines gehärteten Probestücks aus Stahl U9 durchgeführt. Härte messen. Erstellen Sie einen Graphen HRC = f (Tamp.). Gemäß Workshop 2) wird ein niedriges, mittleres und hohes Anlassen von gehärteten Proben aus U8-Stahl durchgeführt. 2 Std. + t.

6 (15). "Glühen und Normalisieren von Stahl" Nr. 7 aus Workshop 1). Praktischer Teil: zwei Proben aus Stahl 45. Mit einer wird isotherm geglüht und mit der zweiten normalisiert. 2 Std. + t.

7 (16). "Chemische Wärmebehandlung von Stahl" Nr. 8 aus Werkstatt 1. 1 Std.

8 (17). „Einfluss von Legierungselementen auf die Härtbarkeit von Stahl, bestimmt nach der Methode des Endhärtens“ Nr. 21 aus Werkstatt 2. 2 Std.

9 (18). "Einstufung, Kennzeichnung und Verwendung von Baustoffen." Praktischer Teil: Die Studierenden erhalten eine Karte mit fünf Stempeln, die jeweils detailliert beschrieben werden. 1 Std.

Laborarbeit Nr. 1

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BUNDESHAUSHALT BILDUNG
INSTITUTION HÖHERER BILDUNG
"VOLGA-STAATLICHE UNIVERSITÄT FÜR WASSERTRANSPORT"
PERM-ZWEIG
E. A. Sazonova
MATERIALWISSENSCHAFTEN
SAMMLUNG PRAKTISCHER UND LABORARBEITEN
methodische Empfehlungen für die Durchführung von Labor- und Praxis
funktioniert für Mittelschüler Berufsausbildung Spezialität
26.02.06 "Bedienung von Schiffselektrik- und Automatisierungsgeräten"
23.02.01 "Transportorganisation und Transportmanagement" (nach Art)

PERMIAN
2016
Einführung
Methodische Empfehlungen für Labor und Praxis
im Studiengang "Materialwissenschaften" richten sich an Studierende der Sekundarstufe
Berufsausbildung in der Fachrichtung
26.02.06 "Betrieb des Schiffes
elektrische Ausrüstung und Automatisierungsausrüstung "
In diesem methodisches Handbuch Anweisungen zur Durchführung
Praxis- und Laborarbeiten zu den Themen der Disziplin, Themen und Inhalte sind angegeben
Labor- und Praxisarbeiten, Kontrollformulare zu jedem Thema und empfohlen
Literatur.
Diese Empfehlungen tragen zur Entwicklung allgemeiner und beruflicher
Kompetenzen, schrittweise und zielgerichtete Entwicklung kognitiver Fähigkeiten.
Als Ergebnis der Beherrschung dieser akademischen Disziplin sollte der Student in der Lage sein:
˗
mechanische Prüfungen von Materialproben durchführen;
˗
verwenden physikalisch-chemische Methoden zum Studium von Metallen;
˗
Verwenden Sie Referenztabellen, um Materialeigenschaften zu bestimmen;
˗
Materialien für die Durchführung beruflicher Tätigkeiten auswählen.
Als Ergebnis der Beherrschung dieser akademischen Disziplin sollte der Student wissen:
˗
grundlegende Eigenschaften und Klassifizierung der verwendeten Materialien in

Professionelle Aktivität;
˗
Name, Kennzeichnung, Eigenschaften des verarbeiteten Materials;
˗
Regeln für den Einsatz von Schmier- und Kühlstoffen;
˗
grundlegende Informationen über Metalle und Legierungen;
˗
Grundlegende Informationen zu Nichtmetall, Dämpfung,
Dichtungs- und Elektromaterialien, Stahl, deren Klassifizierung.
Labor und praktische Arbeit ermöglicht es Ihnen, praktische Fähigkeiten zu bilden
Arbeit, Fachkompetenz. Sie sind in die Struktur des Studiums des Bildungswesens eingebunden
Disziplin "Materialwissenschaften", nach dem Studium des Themas: 1.1. "Grundlegende Informationen zu
Metalle und Legierungen", 1,2" Eisen-Kohlenstoff-Legierungen", 1,3 "Nichteisenmetalle und -legierungen".
Labor- und Praxisarbeit ist ein Element der Bildung
Disziplinen und werden nach folgenden Kriterien bewertet:
Die Note „5“ wird einem Schüler zuerkannt, wenn:
˗
das Thema der Arbeit entspricht dem vorgegebenen, der Student zeigt systemisch und vollständig
Kenntnisse und Fähigkeiten zu diesem Thema;
˗
die Arbeit wird gemäß den Empfehlungen des Lehrers gestaltet;
˗
der Arbeitsaufwand entspricht dem Gegebenen;
˗
die Arbeit wurde genau zum vom Lehrer angegebenen Zeitpunkt erledigt.
Die Note „4“ wird einem Schüler zuerkannt, wenn:
˗
das Thema der Arbeit entspricht dem vorgegebenen, der Student gibt wenig zu
Ungenauigkeiten oder einige Fehler in dieser Angelegenheit;
˗
die Arbeit ist mit gestalterischen Ungenauigkeiten eingerahmt;
˗
der Arbeitsaufwand entspricht dem angegebenen oder etwas weniger;
˗
die Arbeit wurde innerhalb der vom Lehrer angegebenen Zeit oder später abgeschlossen, jedoch nicht mehr als 12
Tag.
Die Note „3“ wird einem Schüler zuerkannt, wenn:
2

das Thema der Arbeit entspricht dem vorgegebenen, aber es gibt keine signifikanten
Inhalte der Arbeit oder Themen werden unlogisch dargestellt, nicht klar dargestellt
der Hauptinhalt der Frage;
˗
die Arbeit ist mit Konstruktionsfehlern eingerahmt;
˗
der Arbeitsaufwand ist viel geringer als der angegebene;
˗
die Arbeit wurde mit einer Verspätung von 56 Tagen geliefert.
Die Note „2“ wird einem Schüler zuerkannt, wenn:
˗
das Hauptthema der Arbeit wurde nicht bekannt gegeben;
˗
die Arbeit ist nicht gemäß den Anforderungen des Lehrers gestaltet;
˗
das Arbeitsvolumen entspricht nicht dem Gegebenen;
˗
die Arbeit wurde mit einer Verspätung von mehr als 7 Tagen geliefert.
Labor- und Praxisarbeiten haben in ihren Inhalten eine gewisse
Struktur, schlagen wir vor, diese zu berücksichtigen: Der Arbeitsablauf wird zu Beginn jedes Praktikums angegeben
und Laborarbeit; bei der praktischen Arbeit leisten die Schüler
die Aufgabe, die am Ende der Arbeit angegeben ist (Punkt "Aufgabe für Studierende"); beim
die Durchführung von Laborarbeiten, über deren Durchführung wird ein Bericht erstellt, der Inhalt des Berichts
am Ende der Laborarbeit angegeben (Absatz "Inhalt des Berichts").
˗
Bei der Durchführung von Labor- und praktischen Arbeiten leisten die Studierenden
bestimmte Regeln, beachten Sie diese im Folgenden: Labor und praktische Arbeit
während Trainingseinheiten durchgeführt; endgültiges Design erlaubt
Labor und praktische Arbeit zu Hause; darf verwenden
zusätzliche Literatur bei Labor- und Praxisarbeiten; Vorderseite
Durchführung von Labor- und praktischen Arbeiten ist es notwendig, die Grundlagen zu studieren
theoretische Bestimmungen zu der betrachteten Frage.
3

Praktische Arbeit Nr. 1
"Physikalische Eigenschaften von Metallen und Methoden ihrer Untersuchung"
Zweck der Arbeit: Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Metallen, Methoden zu ihrer Bestimmung.
Fortschritt:



Theoretischer Teil
Physikalische Eigenschaften umfassen: Dichte, Schmelzen (Schmelzpunkt),
Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung.
Dichte ist die Menge eines Stoffes, die in einer Volumeneinheit enthalten ist. Dies ist einer von
die wichtigsten Eigenschaften von Metallen und Legierungen. Nach der Dichte werden Metalle unterteilt in
die folgenden Gruppen: leicht (Dichte nicht mehr als 5 g / cm3) Magnesium, Aluminium, Titan usw.
schweres (Dichte von 5 bis 10 g / cm3) Eisen, Nickel, Kupfer, Zink, Zinn usw. (dieses
die umfangreichste Gruppe); sehr schweres (Dichte über 10 g / cm3) Molybdän,
Wolfram, Gold, Blei usw. Tabelle 1 zeigt die Werte der Dichte von Metallen.
Tabelle 1
Metall
Magnesium
Aluminium
Titan
Zink
Zinn
Dichte g / cm3
Dichte von Metallen
Metall
1,74
2,70
4,50
7,14
7,29
Eisen
Kupfer
Silber
Führen
Gold
Dichte g / cm3
7,87
8,94
10,50
11,34
19,32
Der Schmelzpunkt ist die Temperatur, bei der das Metall aus
kristalliner (fester) Zustand in Flüssigkeit mit Wärmeaufnahme.
Die Schmelzpunkte von Metallen liegen im Bereich von -39 °C (Quecksilber) bis 3410 °C
(Wolfram). Schmelzpunkt der meisten Metalle (außer Alkali)
hoch, aber einige "normale" Metalle wie Zinn und Blei können
auf einem herkömmlichen Elektro- oder Gasherd schmelzen.
Je nach Schmelzpunkt wird das Metall in folgende unterteilt
Gruppen: niedrigschmelzend (Schmelztemperatur nicht über 600 oС) Zink, Zinn,
Blei, Wismut usw .; mittelschmelzend (von 600 oС bis 1600 oС), sie umfassen fast
4

die Hälfte der Metalle, darunter Magnesium, Aluminium, Eisen, Nickel, Kupfer, Gold;
feuerfest (mehr als 1600 oС) Wolfram, Molybdän, Titan, Chrom usw.
Metallzusätze neigt der Schmelzpunkt zum Absinken.
Tabelle 2
Metall
Zinn
Eisen
Kupfer
Gold
Titan
Schmelz- und Siedepunkte von Metallen
Temperatur aus
schmelzen
Sieden
232
1539
1083
1063
1680
2600
2900
2580
2660
3300
Metall
Silber
Magnesium
Zink
Führen
Aluminium
Temperatur aus
schmelzen
Sieden
960
650
420
327
660
2180
1100
907
1750
2400
Wärmeleitfähigkeit - die Fähigkeit eines Metalls zu leiten
beim Erhitzen erhitzen.
Heizung.
Die elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Metalls, elektrischen Strom zu leiten.
Wärmeausdehnung - die Fähigkeit eines Metalls, sein Volumen zu vergrößern, wenn
Die glatte Oberfläche von Metallen reflektiert einen Großteil des Lichts dieses Phänomen
Metallglanz genannt. In einem pulverförmigen Zustand sind die meisten jedoch
Metalle verlieren ihren Glanz; Aluminium und Magnesium behalten jedoch ihren Glanz
und Pulver. Am besten reflektierendes Licht sind Aluminium, Silber und Palladium von diesen
Spiegel sind aus Metall. Rhodium wird manchmal verwendet, um Spiegel herzustellen,
trotz außergewöhnlich hohem Preis: durch deutlich höhere
Silber oder sogar Palladium, Härte und chemische Beständigkeit, die Rhodiumschicht kann
deutlich dünner als Silber sein.
Forschungsmethoden in den Materialwissenschaften
Die wichtigsten Forschungsmethoden der Metall- und Materialwissenschaften
Mikrostruktur, Elektronenmikroskopie,
sind:
Methoden der Röntgenforschung. Betrachten Sie ihre Funktionen genauer.
brechen,
Makrostruktur,
1. Fraktur ist die einfachste und kostengünstigste Methode, um die innere Struktur zu beurteilen
Metalle. Methode zur Beurteilung von Knicken trotz der scheinbaren Rauheit der Beurteilung
Aufgrund der Qualität des Materials wird es in verschiedenen Branchen häufig verwendet und
wissenschaftliche Forschung. Die Bruchbeurteilung kann in vielen Fällen die Qualität charakterisieren
Material.
Der Bruch kann kristallin oder amorph sein. Amorpher Bruch ist charakteristisch
für nichtkristalline Materialien wie Glas, Kolophonium,
glasige Schlacken.
Metalllegierungen, einschließlich Stahl, Gusseisen, Aluminium, Magnesium
Legierungen, Zink und seine Legierungen ergeben körnigen, kristallinen Bruch.
Jede Fläche eines kristallinen Bruchs ist eine Scherebene
einzelnes Korn. Daher zeigt uns der Knick die Korngröße des Metalls. Den Knick studieren
Stahl ist ersichtlich, dass die Korngröße in einem sehr weiten Bereich variieren kann: von
mehrere Zentimeter im Guss, langsam abgekühlt, Stahl auf Tausendstel
Millimeter in richtig geschmiedetem und gehärtetem Stahl. Je nach Größe
Körner kann der Bruch großkristallin und feinkristallin sein. In der Regel
feinkristalliner Bruch entspricht mehr hohe Qualität Metall
Legierung.
5

Geht die Vernichtung des Prüfmusters von der vorherigen
plastische Verformung, die Körner in der Bruchebene werden verformt und der Bruch ist nicht mehr
spiegelt die innere Kristallstruktur des Metalls wider; in diesem Fall Knick
faserig genannt. Oft in einer Probe, je nach Grad seiner
Plastizität kann es zu faserigen und kristallinen Bereichen im Bruch kommen. Oft an
das Verhältnis der Bruchfläche, die von den kristallinen Regionen bei den gegebenen eingenommen wird
Testbedingungen bewerten die Qualität des Metalls.
Sprödkristallbruch kann durch Bruch entlang der Korngrenzen entstehen
oder entlang Gleitebenen, die die Körner kreuzen. Im ersten Fall heißt die Pause
interkristallin, im zweiten transkristallin. Manchmal, besonders bei sehr kleinen
Korn ist es schwierig, die Art des Bruchs zu bestimmen. In diesem Fall wird der Knick mit einer Lupe untersucht oder
binokulares Mikroskop.
In letzter Zeit hat sich der Zweig der Metallwissenschaften in der fraktographischen entwickelt
die Untersuchung von Brüchen auf metallographischen und Elektronenmikroskopen. Dabei
neue Vorteile der alten Forschungsmethode in der Metallwissenschaft finden
Forschung
zu solchen Studien des Konzepts von Fraktalen
Maße.
bewirbt sich
brechen,
2. Makrostruktur ist die nächste Methode zur Untersuchung von Metallen.
Makrostrukturforschung besteht darin, die Schnittebene des Produkts zu untersuchen oder
Probe in Längs-, Quer- oder anderen Richtungen nach dem Ätzen, ohne
die Verwendung von Vergrößerungsgeräten
Würde
makrostrukturelle Studie ist die Tatsache, dass mit Hilfe dieser
Methode können Sie die Struktur des gesamten Gussstücks oder Barrens, Schmiedens,
stempeln usw. Mit dieser Recherchemethode können Sie interne
Metallfehler: Blasen, Hohlräume, Risse, Schlackeneinschlüsse, untersuchen
die Kristallstruktur des Gussstücks, um die Inhomogenität der Kristallisation des Barrens und seiner
chemische Heterogenität (Liquation).
Hilfe
Lupen.
beim
oder
Anhand von Schwefelabzügen von Makroschnitten auf Fotopapier nach Bauman wird ermittelt
ungleichmäßige Verteilung des Schwefels über den Abschnitt der Barren. Sehr wichtig diese Methode
Forschung hat in der Untersuchung von geschmiedeten oder gestanzten Rohlingen für
Bestimmung der richtigen Faserrichtung im Metall.
3. Mikrostruktur Eine der wichtigsten Methoden in der Metallurgie ist
Studium der Metallmikrostruktur auf metallographischen und elektronischen
Mikroskope.
Diese Methode ermöglicht die Untersuchung der Mikrostruktur von Metallobjekten mit großen
Vergrößerungen: 50- bis 2000-fach am optischen metallographischen Mikroskop und ab
2 bis 200.000 Mal auf einem Elektronenmikroskop. Mikrostrukturforschung
auf polierten Abschnitten hergestellt. Auf nicht geätzten Dünnschliffen ist das Vorhandensein von
nichtmetallische Einschlüsse wie Oxide, Sulfide, feine Schlackeneinschlüsse
und andere Einschlüsse, die sich stark von der Natur des Grundmetalls unterscheiden.
An geätzten Schnitten wird die Mikrostruktur von Metallen und Legierungen untersucht. Radierung
normalerweise produziert schwache Säuren, Alkalien oder andere Lösungen, je nach
aus der Natur des Metalls des Dünnschliffs. Die Ätzwirkung ist, dass es anders ist
löst verschiedene Strukturkomponenten auf, färbt sie in verschiedenen Tönen oder
Farben. Andere Korngrenzen als die Basislösung werden normalerweise geätzt
unterscheidet sich vom Sockel und hebt sich auf dem Dünnschliff in Form dunkler oder heller Linien ab.
Die unter dem Mikroskop sichtbaren Körnerpolyeder sind Ausschnitte von Körnern
Oberfläche des Dünnschliffs. Da dieser Abschnitt zufällig ist und zu verschiedenen Zeiten stattfinden kann
Abstände vom Zentrum jedes einzelnen Korns ist der Unterschied in den Größen der Polyeder nicht
entspricht den tatsächlichen Korngrößenunterschieden. Der nächste Wert zu
6

die tatsächliche Korngröße ist das größte Korn.
Beim Ätzen einer Probe, die aus homogenen kristallinen Körnern besteht,
B. reines Metall, homogene Mischkristalle usw. werden oft beobachtet
unterschiedlich geätzte Oberflächen unterschiedlicher Körnung.
Dieses Phänomen wird dadurch erklärt, dass auf der Oberfläche des Schliffbildes Körner entstehen, die
unterschiedliche kristallographische Orientierungen, wodurch der Belichtungsgrad
Säuren für diese Körner sind unterschiedlich. Manche Körner sehen glänzend aus, andere
stark geätzt, nachdunkeln. Diese Verdunkelung ist mit der Bildung verschiedener
geätzte Figuren, unterschiedlich reflektierende Lichtstrahlen. Bei Legierungen trennen
Strukturbauteile bilden auf der Oberfläche eines Dünnschliffs ein Mikrorelief, das
Bereiche mit unterschiedlichen Neigungen einzelner Oberflächen.
Normale Bereiche reflektieren das meiste Licht und
erweisen sich als die leichtesten. Andere Bereiche sind dunkler. Oft ist der Kontrast in
das Bild der Kornstruktur ist nicht mit der Struktur der Kornoberfläche verbunden, sondern mit
Entlastung an den Korngrenzen. Darüber hinaus verschiedene Farbtöne von Strukturbauteilen
kann das Ergebnis der Bildung von Filmen sein, die während der Wechselwirkung gebildet werden
Ätzmittel mit Strukturkomponenten.
Mit Hilfe der metallographischen Untersuchung ist es möglich, eine qualitativ hochwertige
Identifizierung von Strukturkomponenten von Legierungen und quantitative Untersuchung von Mikrostrukturen
Metalle
studiert
Mikrokomponenten von Strukturen und zweitens durch spezielle Methoden der quantitativen
Metallographie.
erstens zum vergleich
mit bekannten
Legierungen,
und
Die Korngröße wird bestimmt. Durch die Methode der visuellen Beurteilung, die darin besteht, dass
betrachtete Mikrostruktur, ungefähr geschätzt durch Punkte der Standardskalen
nach GOST 563968, GOST 564068. Gemäß den entsprechenden Tabellen für jeden Punkt
die Fläche eines Korns und die Anzahl der Körner pro 1 mm2 und in 1 mm3 werden bestimmt.
Durch Zählen der Anzahl der Körner pro Flächeneinheit eines Dünnschliffs mit
entsprechende Formeln. Wenn S die Fläche ist, auf der die Anzahl der
Körner n und M Vergrößerung des Mikroskops, dann Durchschnittswert Körner im Querschnitt der Oberfläche
Dünnschliff
Bestimmung der Phasenzusammensetzung. Die Phasenzusammensetzung der Legierung wird oft mit dem Auge beurteilt oder
durch Vergleich der Struktur mit Standardskalen.
Eine ungefähre Methode zur quantitativen Bestimmung der Phasenzusammensetzung kann sein:
durchgeführt nach der Sekantenmethode mit der Berechnung der Längen der Segmente, die von verschiedenen
strukurelle Komponenten. Das Verhältnis dieser Segmente entspricht dem volumetrischen
den Inhalt der einzelnen Komponenten.
Punktmethode A.A. Glagoleva. Diese Methode wird durchgeführt durch Auswertung
die Anzahl der Punkte (Schnittpunkte der Okularstrichplatte des Mikroskops) fallen auf
Oberfläche jedes Bauteils. Darüber hinaus nach der Methode der quantitativen
Metallographie erzeugen: Bestimmung der Größe der Grenzfläche zwischen Phasen und Körnern;
Bestimmung der Partikelanzahl im Volumen; Bestimmung der Kornorientierung in polykristallinem
Proben.
4. Elektronisch
Mikroskopie. Groß
im metallographischen Bereich
Forschung hat vor kurzem ein Elektronenmikroskop gefunden. Zweifellos, er
eine große Zukunft gehört. Wenn die Auflösung des Lichtmikroskops
Werte von 0,00015 mm = 1500 A erreicht, dann ist die Auflösung der Elektronik
Mikroskope erreicht 510 A, d.h. mehrere hundert Mal mehr als optisch.
Bedeutung
Ein Elektronenmikroskop wird verwendet, um dünne Filme (Replikate) zu untersuchen,
entnommen von der Oberfläche eines dünnen Schnitts oder direkte Untersuchung von dünnem Metall
Filme, die durch Ausdünnen einer massiven Probe erhalten wurden.
7

Am dringendsten benötigt die Elektronenmikroskopie
Studien zu Prozessen, die mit der Freisetzung überschüssiger Phasen verbunden sind, z. B. Zerfall
übersättigte Mischkristalle während der thermischen Alterung oder Dehnungsalterung.
5. Röntgenforschungsmethoden. Eine der wichtigsten Methoden in
Die Ermittlung der kristallographischen Struktur verschiedener Metalle und Legierungen ist
Röntgenstrukturanalyse. Diese Untersuchungsmethode ermöglicht es, zu bestimmen
die Natur der gegenseitigen Anordnung von Atomen in kristallinen Körpern, d.h. Um die Aufgabe zu lösen,
weder einem konventionellen noch einem Elektronenmikroskop zugänglich.
Die Röntgenstrukturanalyse basiert auf der Wechselwirkung zwischen
Röntgenstrahlen und die ihnen im Weg liegenden Atome des untersuchten Körpers dank
denen letztere sozusagen neue Röntgenquellen werden,
sind die Zentren ihrer Verbreitung.
Die Streuung von Strahlen durch Atome kann mit der Reflexion dieser Strahlen an atomaren verglichen werden
Kristallebenen nach den Gesetzen der geometrischen Optik.
Röntgenstrahlen werden nicht nur von liegenden Flugzeugen reflektiert
Oberfläche, aber auch aus der Tiefe. Reflexion von mehreren gleich orientierten
Ebenen wird der reflektierte Strahl verstärkt. Jede Ebene des Kristallgitters
gibt seinen eigenen Strahl reflektierter Wellen ab. Nachdem Sie eine gewisse Abwechslung von reflektiertem . erhalten haben
Röntgenstrahlen unter bestimmten Winkeln, berechnen Sie die Interplanar
Entfernung, kristallographische Indizes der reflektierenden Ebenen, letztendlich,
Form und Größe des Kristallgitters.
Praktischer Teil
Inhalt des Berichts.
1. Im Bericht sind Titel und Zweck der Arbeit anzugeben.
2. Nennen Sie die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Metallen (mit Definitionen).
3. Notieren Sie Tabelle 12 in das Notizbuch. Ziehen Sie Schlussfolgerungen aus den Tabellen.
4. Füllen Sie die Tabelle aus: "Methoden der Grundlagenforschung in den Materialwissenschaften".
Methodenname
Was wird studiert
Methodenessenz
Geräte,
für die Forschung
das Nötige
Brechen
Makrostruktur
Mikrostruktur
Elektronisch
Mikroskopie
Röntgenbilder
Forschungsmethoden
8

Praktische Arbeit Nummer 2
Thema: "Zustandsdiagramme erkunden"
Zweck der Arbeit: Kennenlernen der wichtigsten Arten von Zustandsdiagrammen,
ihre Hauptlinien, Punkte, ihre Bedeutung.
Fortschritt:
1. Lernen Sie den theoretischen Teil.

Theoretischer Teil
Das Zustandsdiagramm ist grafisches Bild Vermögen
jede Legierung des untersuchten Systems, abhängig von Konzentration und Temperatur (siehe Abb.
1)
9

Abb. 1 Statusdiagramm
Zustandsdiagramme zeigen stationäre Zustände, d.h. besagt, dass
unter diesen Bedingungen haben ein Minimum freie Energie und deshalb ist es auch
heißt Gleichgewichtsdiagramm, da es zeigt, welche unter gegebenen Bedingungen
Es gibt Gleichgewichtsphasen.
Die Erstellung von Zustandsdiagrammen erfolgt am häufigsten mit
thermische Analyse. Als Ergebnis erhält man eine Reihe von Abkühlkurven, in denen at
bei Temperaturen von Phasenumwandlungen, Wendepunkten und Temperatur
halt.
Temperaturen, die Phasenumwandlungen entsprechen, werden als kritisch bezeichnet.
Punkte. Manche kritische Punkte Namen haben, zum Beispiel Punkte, die entsprechen
der Beginn der Kristallisation wird Liquiduspunkte genannt, und das Ende der Kristallisation heißt
solide.
Die Abkühlkurven werden verwendet, um ein Zusammensetzungsdiagramm in den Koordinaten zu erstellen: entlang der Abszissenachse
Konzentration der Komponenten, Temperatur auf der Ordinatenachse. Die Konzentrationsskala zeigt
Inhalt der Komponente B. Die Hauptlinien sind Liquidus- (1) und Soliduslinien
(2), sowie Linien, die Phasenumwandlungen im Festkörper entsprechen (3, 4).
Aus dem Phasendiagramm lassen sich die Temperaturen von Phasenumwandlungen bestimmen,
eine Änderung der Phasenzusammensetzung, ungefähr, der Eigenschaften der Legierung, der Verarbeitungsarten, die
zum Legieren verwendet werden.
Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von Zustandsdiagrammen aufgeführt:
10

Abb. 2. Zustandsdiagramm von Legierungen mit unbegrenzter Löslichkeit
Komponenten im festen Zustand (a); Abkühlkurven von typischen
Legierungen (b)
Analyse des resultierenden Diagramms (Abb. 2).
1. Anzahl der Komponenten: K = 2 (Komponenten A und B).
2. Anzahl der Phasen: f = 2 (flüssige Phase L, Kristalle der festen Lösung
3. Die Hauptlinien des Diagramms:


acb - Liquiduslinie, oberhalb dieser Linie befinden sich die Legierungen in flüssigem Zustand;
adb - Soliduslinie, darunter liegen die Legierungen im festen Zustand.
Abb. 3. Zustandsdiagramm von Legierungen ohne Löslichkeit von Bestandteilen in
Festzustand (a) und Abkühlkurven von Legierungen (b)
Analyse des Zustandsdiagramms (Abb. 3).

2. Anzahl der Phasen: f = 3 (Kristalle der Komponente A, Kristalle der Komponente B, flüssige Phase).
3. Die Hauptlinien des Diagramms:


11


die Soliduslinie ecf, parallel zur Konzentrationsachse tendiert zu den Komponentenachsen, aber
erreicht sie nicht;
Reis. 4. Zustandsdiagramm von Legierungen mit begrenzter Löslichkeit der Komponenten in
Festzustand (a) und Abkühlkurven typischer Legierungen (b)
Analyse des Zustandsdiagramms (Abb. 4).
1. Anzahl der Komponenten: K = 2 (Komponenten A und B);
2. Anzahl der Phasen: f = 3 (flüssige Phase und Kristalle fester Lösungen
B in Komponente A) und
(Lösung von Komponente A in Komponente B));
(Komponentenlösung
3. Die Hauptlinien des Diagramms:




Linie liquidus acb, besteht aus zwei Zweigen, die an einem Punkt zusammenlaufen;
solidus line adcfb, besteht aus drei Abschnitten;
dm ist die Linie der Grenzkonzentration von Komponente B in Komponente A;
fn ist die Linie der Grenzkonzentration von Komponente A in Komponente B.
Praktischer Teil
Aufgabe für Studierende:
1. Schreiben Sie den Titel des Jobs und seinen Zweck auf.
2. Schreiben Sie auf, was ein Statusdiagramm ist.
Beantworten Sie die Fragen:
1. Wie ist das Zustandsdiagramm aufgebaut?
2. Was lässt sich aus dem Zustandsdiagramm ermitteln?
3. Wie heißen die Hauptpunkte des Diagramms?
4. Was ist im Diagramm entlang der Abszisse angegeben? Y-Achse?
5. Wie heißen die Hauptlinien des Diagramms?
Zuweisung nach Optionen:
Die Schüler beantworten die gleichen Fragen, die Zeichnungen sind unterschiedlich, je nach
die antworten müssen. Option 1 gibt Antworten auf Abbildung 2, Option 2 gibt Antworten auf
Abbildung 3, Option 3 gibt Antworten auf Abbildung 4. Die Abbildung muss in einem Notizbuch festgehalten werden.
1. Wie heißt das Diagramm?
2. Welche Komponenten sind an der Legierungsbildung beteiligt?
12

3. Welche Buchstaben repräsentieren die Hauptlinien des Diagramms?
Praktische Arbeit Nummer 3
Thema: "Gusseisen studieren"

Gusseisen; die Bildung der Fähigkeit, die Qualitäten von Gusseisen zu entziffern.
Fortschritt:


Theoretischer Teil
Gusseisen unterscheidet sich von Stahl: seine Zusammensetzung hat einen höheren Kohlenstoffgehalt und
Verunreinigungen; durch technologische Eigenschaften, höhere Gusseigenschaften, niedrige
die Fähigkeit zur plastischen Verformung, die in Schweißkonstruktionen fast nie verwendet wird.
Je nach Kohlenstoffzustand im Gusseisen werden sie unterschieden: weißes Gusseisen -
Kohlenstoff in gebundener Zustand in Form von Zementit, in einem Bruch hat es eine weiße Farbe und
metallischer Schimmer; Grauguss - der gesamte oder der größte Teil des Kohlenstoffs ist enthalten
freier Zustand in Form von Graphit und im gebundenen Zustand nicht mehr als 0.8
% Kohlenstoff. Aufgrund des großen Graphitanteils ist sein Bruch grau gefärbt;
Hälfte - ein Teil des Kohlenstoffs liegt in freiem Zustand in Form von Graphit vor, aber
nicht weniger als 2 % des Kohlenstoffs liegen in Form von Zementit vor. In der Technik wird wenig verwendet.
Je nach Graphitform und den Bedingungen seiner Entstehung werden unterschieden:
Gusseisengruppen: grau mit Lamellengraphit; hochfest mit kugelförmigen
Graphit; formbar mit flockigem Graphit.
Graphiteinschlüsse können als der Form des Hohlraums entsprechend angesehen werden
in der Struktur von Gusseisen. Spannungen konzentrieren sich während der Belastung in der Nähe solcher Defekte,
dessen Wert umso größer ist, desto schärfer ist der Fehler. Daraus folgt, dass Graphit
lamellare Einschlüsse erweichen das Metall maximal. Mehr
die Schuppenform ist günstig und die Kugelform des Graphits ist optimal.
Die Plastizität hängt in gleicher Weise von der Form ab. Die Anwesenheit von Graphit ist am dramatischsten
reduziert den Widerstand bei harten Belastungsmethoden: Stoß; brechen. Widerstand
die Kompression lässt etwas nach.
Grauguss
Grauguss ist im Maschinenbau weit verbreitet, da es einfach ist
verarbeitet und hat gute Eigenschaften. Je nach Stärke grau
Gusseisen wird in 10 Sorten unterteilt (GOST 1412).
Grauguss mit geringer Zugfestigkeit haben eine ausreichend hohe
Kompressionswiderstand. Die Struktur der Metallbasis hängt vom Kohlenstoffgehalt ab und
Silizium.
Aufgrund der geringen Beständigkeit von Graugussteilen gegen Zug und
Stoßbelastungen verwenden Sie dieses Material für Teile, die
Druck- oder Biegebelastungen ausgesetzt sind. Im Werkzeugmaschinenbau sind dies grundlegende,
Karosserieteile, Halterungen, Zahnräder, Führungen; in den Blöcken der Automobilindustrie
Zylinder, Kolbenringe, Nockenwellen, Kupplungsscheiben. Gussteile von
Grauguss wird auch in der Elektrotechnik zur Herstellung von Waren verwendet
Konsumentinnen und Konsumenten.
Kennzeichnung von Grauguss: gekennzeichnet durch den Index СЧ (Grauguss) und die Nummer,
die den Wert der Zugfestigkeit multipliziert mit 101 angibt.
13

Zum Beispiel: SCH 10 - Grauguss, Zugfestigkeit 100 MPa.
Temperguss
Gute Gusseigenschaften sind gewährleistet, wenn während der Kristallisation und
Das Abkühlen der Gussteile in der Form findet beim Graphitisierungsprozess nicht statt. Zu
Graphitierung verhindern, Gusseisen müssen einen reduzierten Kohlenstoffgehalt haben und
Silizium.
Es gibt 7 Sorten Temperguss: drei mit ferritischem (KCH 30 6) und vier mit
Perlit (KCH 65 3) Basis (GOST 1215).
In Bezug auf die mechanischen und technologischen Eigenschaften nimmt Sphäroguss
Zwischenstellung zwischen Grauguss und Stahl. Der Nachteil von Sphäroguss
gegenüber hoher Festigkeit ist die Begrenzung der Wandstärke für das Gussteil und
die Notwendigkeit des Glühens.
Gussteile aus duktilem Gusseisen werden für Teile verwendet, die unter Schock arbeiten und
Vibrationsbelastungen.
Ferritisches Gusseisen wird zur Herstellung von Getriebegehäusen, Naben, Haken, Halterungen,
Schellen, Kupplungen, Flansche.
Aus perlitischem Gusseisen, gekennzeichnet durch hohe Festigkeit, ausreichend
Plastizität, Gabeln von Kardanwellen, Glieder und Rollen von Förderketten werden hergestellt,
Bremsbeläge.
Temperguss-Kennzeichnung: gekennzeichnet durch den KCH-Index (Maleable Cast Iron) und
Zahlen. Die erste Zahl ist die Zugfestigkeit multipliziert mit
101, die zweite Zahl ist die Dehnung.
Zum Beispiel: KCH 306 - Sphäroguss, Zugfestigkeit 300MPa,
Dehnung 6%.
Sphäroguss
Diese Gusseisen werden aus Grauguss durch Modifizierung mit Magnesium oder
Cer. Gegenüber Grauguss sind die mechanischen Eigenschaften verbessert, dies
verursacht durch das Fehlen einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung aufgrund der sphärischen
Formen von Graphit.
Diese Gusseisen haben eine hohe Fließfähigkeit und eine lineare Schrumpfung von etwa 1%.
Die Gießereispannungen bei Gussteilen sind etwas höher als bei Grauguss. Izza
hoher Elastizitätsmodul, ausreichend hohe Zerspanbarkeit. Besitzen
zufriedenstellende Schweißbarkeit.
Dünnwandige Gussteile (Kolbenringe) bestehen aus hochfestem Gusseisen,
Schmiedehämmer, Betten und Gestelle von Pressen und Walzwerken, Formen,
Werkzeughalter, Frontplatten.
Gussteile von Kurbelwellen bis 2,3 t Gewicht anstelle von geschmiedeten Stahlwellen,
haben eine höhere Zyklenviskosität, sind unempfindlich gegen
extern
Stresskonzentratoren, haben bessere Gleiteigenschaften und
viel billiger.
Sphäroguss-Kennzeichnung: angezeigt durch den HF-Index (duktile
Gusseisen) und eine Zahl, die den mit 101 multiplizierten Zugfestigkeitswert angibt.
Zum Beispiel: VCh 50 - Sphäroguss mit Zugfestigkeit
500 MPa.
Aufgabe für Studierende:
1. Notieren Sie den Titel der Arbeit und ihren Zweck.
Praktischer Teil
14

2. Beschreiben Sie die Herstellung von Roheisen.
3. Füllen Sie die Tabelle aus:
Gusseiseneigenschaften
Gusseisenmarkierung
Gusseisenanwendung
Gusseisenname
1.Graue Gusseisen
2 Tempergusseisen
3.Hohe Festigkeit
Gusseisen
Thema: "Untersuchung von Kohlenstoff- und legierten Baustählen"
Praktische Arbeit Nummer 4
Zweck der Arbeit: Einarbeitung der Studierenden in Bewertung und Umfang
Dekodierung Markierung
Gestaltung
Fähigkeiten
Stähle;
strukturell
Baustähle.
Fortschritt:
1. Machen Sie sich mit dem theoretischen Teil vertraut.
2. Erledigen Sie die Aufgaben des praktischen Teils.
Theoretischer Teil
Stahl ist eine Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff, in der Kohlenstoff in einer Menge von 0 . enthalten ist
2,14 %. Stähle sind die am häufigsten verwendeten Materialien. Habe gut

Schneiden.

Zusammensetzung und Art der Verarbeitung.



unterteilt in Stähle:
˗
Normale Qualität, Gehalt bis 0,06 % Schwefel und bis 0,07 % Phosphor.
˗
Qualität bis zu 0,035% Schwefel und Phosphor jeweils getrennt.
˗
Hohe Qualität bis zu 0,025% Schwefel und Phosphor.
˗
Besonders hochwertig, bis zu 0,025% Phosphor und bis zu 0,015% Schwefel.
Desoxidation ist der Prozess der Entfernung von Sauerstoff aus Stahl, d. h. entsprechend dem Grad seiner
Desoxidation, existieren: ruhige Stähle, dh vollständig desoxidiert; so stahl
gekennzeichnet durch die Buchstaben "cn" am Ende des Stempels (manchmal werden die Buchstaben weggelassen); siedende Stähle -
leicht desoxidiert; gekennzeichnet mit den Buchstaben "kp"; halbtote Stähle besetzen
Zwischenposition zwischen den beiden vorherigen; mit den Buchstaben "ps" bezeichnet.
Stahl gewöhnlicher Qualität wird auch nach Lieferung in 3 Gruppen unterteilt: Stahl
Gruppe A wird im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften an Verbraucher geliefert (z. B. Stahldosen
einen hohen Schwefel- oder Phosphorgehalt haben); Stahl der Gruppe B - chemisch
Komposition; Stahl der Gruppe B - mit garantierten mechanischen Eigenschaften und chemischen
Komposition.
Baustähle sind für die Herstellung von Konstruktionen, Maschinenteilen bestimmt
und Geräte.




So in Russland und in den GUS-Staaten (Ukraine, Kasachstan, Weißrussland usw.)
das alphanumerische Bezeichnungssystem für Stahlsorten und
15

˗
Zimmer.
˗
werden.
˗
Stahl wird nicht gestellt.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
˗
Legierungen, bei denen nach GOST Buchstaben herkömmlicherweise die Namen von Elementen und Methoden bezeichnen
Stahl schmelzen, und in Zahlen
- den Inhalt der Elemente. Bis heute
internationale Normungsorganisationen haben kein einheitliches Kennzeichnungssystem entwickelt
Stähle.
Kennzeichnung von Kohlenstoffbaustählen
gewöhnliche Qualität
Bezeichnet gemäß GOST 38094 mit den Buchstaben "St" und der bedingten Nummer der Marke (von 0 bis 6) in
abhängig von der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften.
Je höher der Kohlenstoffgehalt und die Festigkeitseigenschaften von Stahl, desto mehr
Der Buchstabe "G" nach der Markennummer weist auf einen erhöhten Mangangehalt in
Die Stahlgruppe wird vor der Marke angegeben, die Gruppe „A“ in der Markenbezeichnung
Zur Angabe der Stahlkategorie wird am Ende der Sortenbezeichnung eine Zahl angehängt
entsprechend einer Kategorie wird die erste Kategorie normalerweise nicht angegeben.
Zum Beispiel:
˗
St1kp2-Kohlenstoffstahl gewöhnlicher Qualität, kochend, Klasse Nr. 1,
die zweite Kategorie, die den Verbrauchern nach mechanischen Eigenschaften zur Verfügung gestellt wird (Gruppe A);
VSt5G-Kohlenstoffstahl gewöhnlicher Qualität mit erhöhtem
Mangangehalt, ruhig, Note Nr. 5, erste Kategorie mit Garantie
mechanische Eigenschaften und chemische Zusammensetzung(Gruppe B);
ВСт0 Kohlenstoffstahl gewöhnlicher Qualität, Güteklasse 0, Gruppe B,
die erste Kategorie (Stahlsorten St0 und Bst0 sind nicht nach Desoxidationsgrad unterteilt).
Kennzeichnung von hochwertigen Kohlenstoffbaustählen
Gemäß GOST 105088 sind diese Stähle mit zweistelligen Nummern gekennzeichnet,
Angabe des durchschnittlichen Kohlenstoffgehalts in Hundertstelprozent: 05; 08; 10; 25;
40, 45 usw.
˗
Bei ruhenden Stählen werden keine Buchstaben am Ende des Namens hinzugefügt.
Zum Beispiel 08kp, 10ps, 15, 18kp, 20 usw.
˗
Der Buchstabe G in einer Stahlsorte weist auf einen hohen Mangangehalt hin.
Zum Beispiel: 14G, 18G usw.
˗
Die häufigste Gruppe zur Herstellung von Maschinenteilen (Wellen, Achsen,
Buchsen, Zahnräder usw.)
Zum Beispiel:
˗
10 - Baustahl in Kohlenstoffqualität mit Kohlenstoffgehalt
ca. 0,1%, ruhig
ca. 0,45%, ruhig
45 - Baustahl in Kohlenstoffqualität, mit Kohlenstoffgehalt
18 kp - Baustahl in Kohlenstoffqualität mit
Kohlenstoff ca. 0,18%, kochend
˗
14G - Baustahl in Kohlenstoffqualität mit Kohlenstoffgehalt
ca. 0,14%, ruhig, mit hohem Mangangehalt.
Kennzeichnung von legierten Baustählen
˗
Gemäß GOST 454371 bestehen die Namen solcher Stähle aus Zahlen und Buchstaben.
˗
Die ersten Ziffern der Marke geben den durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von Stahl in Hundertstel an
Bruchteile von einem Prozent.
˗
Die Buchstaben geben die wichtigsten im Stahl enthaltenen Legierungselemente an.
˗
Die Zahlen nach jedem Buchstaben geben den ungefähren Wert an Prozentsatz
des entsprechenden Elements, auf die nächste ganze Zahl gerundet, mit dem Legierungsgehalt
16

˗
˗
˗
˗
˗
˗
Kennzeichnung anderer Baustähle
Federstahl.
˗
Das Hauptunterscheidungsmerkmal dieser Stähle besteht darin, dass der Kohlenstoffgehalt in ihnen
etwa 0,8% betragen (in diesem Fall treten bei Stählen elastische Eigenschaften auf)
Federn und Federn sind aus Carbon (65,70,75,80) und legiert
(65S2, 50HGS, 60S2HFA, 55HGR) von Baustählen
Diese Stähle sind mit Elementen legiert, die die Streckgrenze erhöhen - Silizium,
Mangan, Chrom, Wolfram, Vanadium, Bor
Zum Beispiel: 60S2 - Konstruktionskohlenstoffstahl federbelastet mit
Kohlenstoffgehalt etwa 0,65%, Silizium etwa 2%.
GOST 80178 ist mit den Buchstaben "ШХ" gekennzeichnet, danach wird der Inhalt angegeben
Kugellagerstähle
˗
Chrom in Zehntelprozent.
Bei elektroschlackebehandelten Stählen wird der Buchstabe Ш hinzugefügt
auch am Ende ihrer Namen, getrennt durch einen Bindestrich.
Zum Beispiel: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4Ш.
˗
Sie werden verwendet, um Teile für Lager herzustellen, sie werden auch für die Herstellung verwendet
Teile, die unter hohen Belastungen arbeiten.
Zum Beispiel: ШХ15 - Kugellager aus Baustahl mit
Kohlenstoff 1%, Chrom 1,5%
˗
GOST 141475 beginnen mit dem Buchstaben A (automatisch).
˗
Wenn der Stahl mit Blei legiert ist, beginnt sein Name mit den Buchstaben
Automatikstähle
AC.
Element bis 1,5%, die Zahl hinter dem entsprechenden Buchstaben wird nicht angegeben.
Der Buchstabe A am Ende der Sorte zeigt an, dass der Stahl von hoher Qualität ist (mit
geringer Schwefel- und Phosphorgehalt)
˗
N - Nickel, X - Chrom, K - Kobalt, M - Molybdän, B - Wolfram, T - Titan, D
- Kupfer, G - Mangan, C - Silizium.
Zum Beispiel:
˗
12Х2Н4А - legierter Baustahl, hohe Qualität, mit
Kohlenstoffgehalt ca. 0,12%, Chrom ca. 2%, Nickel ca. 4%
40ХН - legierter Baustahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,4%,
Chrom und Nickel bis 1,5%
Um den Gehalt an anderen Elementen in Stählen widerzuspiegeln, ist das gleiche
Regeln wie für legierte Baustähle. Zum Beispiel: A20, A40G, AC14,
AS38HGM
Zum Beispiel: АС40 - automatischer Baustahl mit Kohlenstoffgehalt
0,4 %, Blei 0,150,3 % (nicht in der Marke angegeben)
Praktischer Teil
Aufgabe für Studierende:

2. Notieren Sie die wichtigsten Kennzeichnungszeichen aller Gruppen von Baustählen
(gewöhnliche Qualität, Qualitätsstähle, legierte Baustähle,
federbelastet
Stähle, Kugellagerstähle, Automatikstähle), mit
Beispiele.
Zuweisung nach Optionen:
1.
Entschlüsseln Sie die Stahlsorten und notieren Sie den Anwendungsbereich einer bestimmten
Marke (d. h. was es für die Herstellung bestimmt ist)
17

Nr. Aufgabe für Option 1
St0
1
BST3Gps
2
08
3
40
4
18Х2Н4МА
5
30HGSA
6
70
7
55S2A
8
9
50HFA
10 4Ш
11
A40
Aufgabe für Option 2
St3
VSt3ps
10
45
12ХН3А
38HMYUA
85
60S2X2
55S2
SHX20
A11
Praktische Arbeit Nummer 5
Thema: "Untersuchung von Kohlenstoff- und legierten Werkzeugstählen"
Zweck der Arbeit: Einarbeitung der Studierenden in Bewertung und Umfang
Dekodierung Markierung
Gestaltung
Fähigkeiten
strukturell
Baustähle.
Stähle;
Fortschritt:
1. Machen Sie sich mit dem theoretischen Teil vertraut.
2. Vervollständigen Sie die Aufgabe des praktischen Teils.
Stahl ist eine Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff, in der Kohlenstoff in einer Menge von 0 . enthalten ist
Theoretischer Teil
2,14%.
Stähle sind die am häufigsten verwendeten Materialien. Habe gut
technologische Eigenschaften. Produkte werden durch Druckbehandlung gewonnen und
Schneiden.
Der Vorteil ist die Möglichkeit, durch Änderung die gewünschten Eigenschaften zu erhalten
Zusammensetzung und Art der Verarbeitung.
Je nach Verwendungszweck werden Stähle in 3 Gruppen eingeteilt: Baustähle,
Instrumental- und Spezialstahl.
Qualität je nach Gehalt an schädlichen Verunreinigungen: Schwefel- und Phosphorstahl
unterteilt in: Stähle gewöhnlicher Qualität, Schwefelgehalt bis 0,06 % und bis 0,07 %
Phosphor; hochwertig bis 0,035% Schwefel und Phosphor jeweils getrennt;
hohe Qualität bis zu 0,025% Schwefel und Phosphor; besonders hohe Qualität, bis zu 0,025%
Phosphor und bis zu 0,015% Schwefel.
Werkzeugstähle sind für die Herstellung verschiedener Werkzeuge bestimmt,
sowohl für die manuelle als auch für die maschinelle Bearbeitung.
Verfügbarkeit einer breiten Palette von hergestellten Stählen und Legierungen, hergestellt in
verschiedene Länder, machten es jedoch bisher notwendig, diese zu identifizieren
Zeit gibt es kein einheitliches System zum Markieren von Stählen und Legierungen, das schafft
gewisse Schwierigkeiten für den Metallhandel.
Kennzeichnung von Kohlenstoff-Werkzeugstählen
˗
Diese Stähle nach GOST 143590 werden in hochwertige und
hohe Qualität.
18

Qualitätsstähle werden mit dem Buchstaben U (Kohlenstoff) und einer Zahl bezeichnet, die
durchschnittlicher Kohlenstoffgehalt in Stahl in Zehntelprozent.
Zum Beispiel: U7, U8, U9, U10. U7 - Kohlenstoff-Werkzeugstahl mit
Kohlenstoffgehalt ca. 0,7%
Die Bezeichnung hochwertiger Stähle (U8A, U12A und .) wird um den Buchstaben A ergänzt
etc.). Darüber hinaus in den Bezeichnungen hochwertig und hochwertig
Kohlenstoff-Werkzeugstähle, kann der Buchstabe G vorhanden sein, der anzeigt, dass
erhöhter Mangangehalt im Stahl.
Beispiel: U8G, U8GA. U8A - Kohlenstoff-Werkzeugstahl mit
Kohlenstoffgehalt von ca. 0,8%, hohe Qualität.
Sie machen ein Werkzeug für Handarbeiten (Meißel, Körner, Anreißer usw.),
mechanische Arbeit bei niedrigen Drehzahlen (Bohrer).
Kennzeichnung von legierten Werkzeugstählen
Bezeichnungsregeln für legierte Werkzeugstähle nach GOST 595073 in
im Grunde das gleiche wie für Strukturlegierungen.
Der Unterschied liegt nur in den Zahlen, die den Massenanteil des Kohlenstoffs in . angeben
werden.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
Der Kohlenstoffanteil wird auch am Anfang des Namens angegeben.
Stahl, in Zehntelprozent und nicht in Hundertstel, wie bei Konstruktionslegierungen
Stähle.
˗
Wenn im legierten Werkzeugstahl der Kohlenstoffgehalt
etwa 1,0%, dann wird die entsprechende Zahl am Anfang des Namens in der Regel nicht angegeben.
Geben wir Beispiele: Stahl 4X2V5MF, KhVG, KhVCh.
˗
9Х5ВФ - legierter Werkzeugstahl, mit einem Kohlenstoffgehalt von ca.
0,9%, Chrom ca. 5%, Vanadium und Wolfram bis 1%
Hochlegierte (Hochgeschwindigkeits-)Markierung
Werkzeugstähle
Mit dem Buchstaben "P" gekennzeichnet, gibt die folgende Zahl den Prozentsatz an
der Gehalt an Wolfram darin: Im Gegensatz zu legierten Stählen in den Namen
Schnellarbeitsstähle geben den Chromanteil nicht an, weil es beträgt
etwa 4% in allen Stählen und Kohlenstoff (er ist proportional zum Vanadiumgehalt).
˗
Der Buchstabe F, der das Vorhandensein von Vanadium anzeigt, wird nur angezeigt, wenn
der Vanadiumgehalt beträgt über 2,5%.
Zum Beispiel: R6M5, R18, R6 M5F3.
˗
In der Regel werden aus diesen Stählen Hochleistungswerkzeuge hergestellt: Bohrer,
Schneider usw. (um die Kosten zu reduzieren, nur das Arbeitsteil)
Zum Beispiel: R6M5K2 - Schnellarbeitsstahl, mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 1%,
Wolfram ca. 6%, Chrom ca. 4%, Vanadium bis 2,5%, Molybdän ca. 5%, Kobalt
Ungefähr 2%.
Praktischer Teil
Aufgabe für Studierende:
1. Notieren Sie den Titel der Arbeit und ihren Zweck.
2. Notieren Sie die Grundprinzipien der Kennzeichnung aller Gruppen von Werkzeugstählen
(Kohlenstoff, legiert, hochlegiert)
Zuweisung nach Optionen:
1. Entschlüsseln Sie die Stahlsorten und schreiben Sie den Anwendungsbereich einer bestimmten Sorte auf
(d. h. was es herstellen soll).
19

Nr. Aufgabe für Option 1
1
2
3
4
5
6
U8
U13A
x
HVSG
P18
R6M5
Aufgabe für Option 2
U9
U8A
9XC
CVH
P6
R6M5F3
Praktische Arbeit Nummer 6
Thema: "Studie zu Kupferbasislegierungen: Messing, Bronze"
Zweck der Arbeit: Einarbeitung der Studierenden in Bewertung und Umfang
Nichteisenmetalle - Kupfer und darauf basierende Legierungen: Messing und Bronze; Gestaltung
die Fähigkeit, die Kennzeichnung von Messing und Bronze zu entziffern.
Empfehlungen für Studierende: vor Beginn des Praktikums
Teile der Hausarbeit, lesen Sie sorgfältig die theoretischen Bestimmungen sowie die Vorlesungen
in deinem Arbeitsmappe Zu diesem Thema.
Fortschritt:
1. Machen Sie sich mit dem theoretischen Teil vertraut.
2. Vervollständigen Sie die Aufgabe des praktischen Teils.
Theoretischer Teil
Messing
Messing kann bis zu 45 % Zink enthalten. Inhaltsverbesserung
Zink bis 45% führt zu einer Erhöhung der Endfestigkeit auf bis zu 450 MPa. Maximal
Plastizität findet bei einem Zinkgehalt von ca. 37% statt.
Nach dem Verfahren zur Herstellung von Produkten werden verformbares und Gießereimessing unterschieden.
Verformbare Messinge sind mit dem Buchstaben L gefolgt von einer Zahl gekennzeichnet,
Zeigt den Kupferanteil an, z. B. Messing L62 enthält 62 % Kupfer
und 38% Zink. Wenn neben Kupfer und Zink noch andere Elemente vorhanden sind, werden sie gesetzt
Anfangsbuchstaben (O Zinn, C Blei, F Eisen, P Phosphor, Mts Mangan, A
Aluminium, Zink-Zink).
Die Anzahl dieser Elemente wird durch die entsprechenden Zahlen hinter der Nummer angezeigt,
zeigt den Kupfergehalt an, zum Beispiel enthält die Legierung LAZh6011 60% Kupfer, 1%
Aluminium, 1 % Eisen und 38 % Zink.
Messing hat eine gute Korrosionsbeständigkeit, die verbessert werden kann
zusätzlich mit Zinnzusatz. Messing LO70 1 korrosionsbeständig in Meerwasser
20

und heißt "Marinemessing". Die Zugabe von Nickel und Eisen erhöht die mechanische
Festigkeit bis 550 MPa.
Messingguss ist auch mit dem Buchstaben L gekennzeichnet, nach der Buchstabenbezeichnung
das Hauptlegierungselement (Zink) und jede weitere Zahl wird gesetzt,
zeigt seinen durchschnittlichen Gehalt in der Legierung an. Zum Beispiel Messing ЛЦ23А6Ж3МЦ2
enthält 23% Zink, 6% Aluminium, 3% Eisen, 2% Mangan. Das beste
Messing der Marke LTs16K4 besitzt Fließfähigkeit. Gießereimessinge umfassen Messinge
Geben Sie ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМЦ ein. Gussmessinge neigen nicht zur Verflüssigung, haben
konzentrierte Schwindung, es werden Gussteile mit hoher Dichte erhalten.
Messing ist ein gutes Material für Strukturen, die unter
negative Temperaturen.
Kupferlegierungen mit anderen Elementen als Zink werden als Bronzen bezeichnet. Bronze
Bronze
werden in Schmieden und Gießen unterteilt.
Beim Markieren von verformbaren Bronzen werden an erster Stelle die Buchstaben Br gesetzt, dann
Buchstaben, die angeben, welche Elemente außer Kupfer in der Legierung enthalten sind. Nach den Buchstaben gehen
Zahlen, die den Inhalt der Komponenten im Schwimmer anzeigen. Zum Beispiel Marke BROF101
bedeutet, dass Bronze 10 % Zinn, 1 % Phosphor enthält, der Rest ist Kupfer.
Gegossene Bronzen beginnen ebenfalls mit den Buchstaben Br und geben dann an
Buchstabenbezeichnungen von Legierungselementen und eine Zahl, die darauf hinweist
durchschnittlicher Gehalt in der Legierung. Zum Beispiel enthält Bronze BrO3Ts12S5 3% Zinn, 12
% Zink, 5 % Blei, der Rest ist Kupfer.
Zinnbronzen Beim Verschmelzen von Kupfer und Zinn entstehen Mischkristalle. Diese
Legierungen sind aufgrund des großen Temperaturbereichs sehr anfällig für Entmischungen
Kristallisation. Aufgrund von Seigerungen sind Legierungen mit einem Zinngehalt über 5 %
günstig für Teile wie Gleitlager: die weiche Phase sorgt für
guter einlauf, feste partikel sorgen für verschleißfestigkeit. So
Zinnbronzen sind gute Gleitmaterialien.
Zinnbronzen haben eine geringe Volumenschrumpfung (ca. 0,8%), daher
beim künstlerischen Gießen verwendet. Die Anwesenheit von Phosphor sorgt für gute
Flüssigkeit. Zinnbronzen werden in geschmiedete und gegossene unterteilt.
Bei verformbaren Bronzen sollte der Zinngehalt 6% nicht überschreiten, z
Gewährleistung der erforderlichen Plastizität, BrOF6,50,15. Je nach Zusammensetzung
verformbare Bronzen zeichnen sich durch hohe mechanische, korrosionsbeständige,
Gleit- und elastische Eigenschaften und werden in verschiedenen Industrien eingesetzt
Industrie. Stangen, Rohre, Bänder, Drähte werden aus diesen Legierungen hergestellt.
Praktischer Teil
Aufgabe für Studierende:
1. Notieren Sie Titel und Zweck der Arbeit.
2. Füllen Sie die Tabelle aus:
Name
Legierung, seine
Definition
Das Wichtigste
Eigenschaften
Legierung
Beispiel
Markierungen
Entschlüsselung
Briefmarken
Region
Anwendung
21

Praktische Arbeit Nummer 7
Thema: "Studie zu Aluminiumlegierungen"
Zweck der Arbeit: Einarbeitung der Studierenden in Bewertung und Umfang
Nichteisenmetalle - Aluminium und darauf basierende Legierungen; Studium der Anwendungsmerkmale
Aluminiumlegierungen je nach Zusammensetzung.
Empfehlungen für Studierende:
bevor Sie fortfahren
den praktischen Teil der Aufgabe, lesen Sie die theoretischen Bestimmungen sorgfältig durch und
Siehe auch Vorlesungen in Ihrem Arbeitsbuch zu diesem Thema.
Fortschritt:
1. Machen Sie sich mit dem theoretischen Teil vertraut.
2. Vervollständigen Sie die Aufgabe des praktischen Teils.
Theoretischer Teil
Prinzip der Kennzeichnung von Aluminiumlegierungen. Zu Beginn wird die Legierungsart angegeben: D
Legierungen vom Duraluminium-Typ; Und technisches Aluminium; AK formbares Aluminium
Legierungen; In hochfesten Legierungen; AL-Gusslegierungen.
Außerdem ist die bedingte Nummer der Legierung angegeben. Auf die bedingte Zahl folgt
Bezeichnung, die den Zustand der Legierung kennzeichnet: M weich (geglüht); T
thermisch behandelt (Härten plus Altern); N kaltverformt; P -
halbstandardisiert.
Nach ihren technologischen Eigenschaften werden Legierungen in drei Gruppen eingeteilt: Schmiede
nicht durch Wärmebehandlung gehärtete Legierungen; Knetlegierungen, härtbar
Wärmebehandlung; Gießereilegierungen. Pulvermetallurgische Verfahren
produzieren gesinterte Aluminiumlegierungen (SAS) und gesintertes Aluminiumpulver
Legierungen (SAP).
Nicht durch Wärmebehandlung gehärtete Knetlegierungen.
Die Festigkeit von Aluminium kann durch Zulegieren erhöht werden. In Legierungen nicht gehärtet
Wärmebehandlung, Mangan oder Magnesium einführen. Die Atome dieser Elemente sind im Wesentlichen
erhöhen seine Festigkeit und reduzieren die Plastizität. Legierungen sind angegeben: mit Mangan AMts,
mit Magnesium-AMg; nach der Bezeichnung des Elements wird dessen Inhalt angegeben (AMg3).
Magnesium wirkt nur als Härter, Mangan härtet und erhöht
Korrosionsbeständigkeit. Die Festigkeit von Legierungen nimmt nur durch Verformung zu
in einem kalten Zustand. Je größer der Verformungsgrad, desto mehr wächst es
22

Festigkeit und Plastizität nehmen ab. Je nach Härtegrad unterscheidet man zwischen
kalt- und teilbearbeitete Legierungen (AMg3P).
Diese Legierungen werden zur Herstellung von verschiedenen geschweißten Kraftstoffbehältern verwendet,
Salpetersäure und andere Säuren, niedrig- und mittelbelastete Strukturen. Verformbar
hitzegehärtete Legierungen.
Zu diesen Legierungen gehören Duraluminium (komplexe Legierungen aus Aluminium
Kupfer-Magnesium oder Aluminium-Kupfer-Magnesium-Zink). Sie haben einen reduzierten
Korrosionsbeständigkeit, um das eingeführte Mangan zu erhöhen. Duraluminium
normalerweise bei einer Temperatur von 500 ° C und natürlicher Alterung härten, was
Vorangegangen ist eine Inkubationszeit von zwei bis drei Stunden. Maximale Stärke
nach 4,5 Tagen erreicht. Duraluminium wird häufig im Flugzeugbau verwendet,
Automobilindustrie, Bau.
Hochfeste Alterungslegierungen sind Legierungen, die neben Kupfer und
Magnesium enthält Zink. Die Legierungen B95, B96 haben eine Zugfestigkeit von ca. 650 MPa.
Hauptabnehmer ist der Flugzeugbau (Skin, Stringer, Holme).
beim
Schmiedealuminiumlegierungen AK, AK8 werden zur Herstellung von Schmiedestücken verwendet.
Temperatur von 380-450 ° C, sind gehärtet von
Schmiedestücke
Temperatur 500-560 °C und Alterung bei 150-165°C für 6 Stunden.
hergestellt
Nickel, Eisen, Titan werden zusätzlich in die Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen eingebracht, die
Erhöhen Sie die Rekristallisationstemperatur und die Hitzebeständigkeit bis zu 300 ° C.
Kolben, Laufschaufeln und Scheiben von Axialverdichtern, Turbojets
Motoren.
Gusslegierungen
Zu den Gusslegierungen zählen Legierungen des Aluminium-Silizium-Systems (Silumine),
mit 1013 % Silizium. Als Zusatz zu Silumin Magnesium trägt Kupfer zur Wirkung bei
Härten von Gusslegierungen während der Alterung. Titan und Zirkonium mahlen das Korn.
Mangan verbessert die Korrosionsschutzeigenschaften. Nickel und Eisen nehmen zu
Hitzeverträglichkeit.
Gusslegierungen sind von AL2 bis AL20 gekennzeichnet. Silumin sind weit verbreitet
zur Herstellung von Gussteilen für Geräte und andere Medien und leicht belastet
Details, einschließlich dünnwandiger Gussteile mit komplexer Form.
Praktischer Teil
Aufgabe für Studierende:
1. Notieren Sie Titel und Zweck der Arbeit.
2. Füllen Sie die Tabelle aus:
Name
Legierung, seine
Definition
Das Wichtigste
Eigenschaften
Legierung
Beispiel
Markierungen
Entschlüsselung
Briefmarken
Region
Anwendung
23

Laborarbeit Nr. 1
Thema: "Mechanische Eigenschaften von Metallen und Methoden ihrer Untersuchung (Härte)"

Fortschritt:
1. Machen Sie sich mit den theoretischen Bestimmungen vertraut.
2. Vervollständigen Sie die Aufgabe des Lehrers.
3. Erstellen Sie einen Bericht gemäß der Aufgabe.
Theoretischer Teil
werden genannt
Material
Härte
Fähigkeit
widerstehen
Eindringen eines anderen Körpers hinein. Bei Härteprüfungen ist ein Körper eingebettet in
Material und als Eindringkörper bezeichnet muss härter sein, haben bestimmte
Größe und Form, sollte keine bleibende Verformung erhalten. Härteprüfungen
kann statisch und dynamisch sein. Der erste Typ umfasst Tests
nach der Eindrückmethode, zum zweiten nach der Schlageindrückung. Außerdem,
Es gibt eine Methode zur Bestimmung der Härte durch Kratzen, Sklerometrie.
Durch den Wert der Härte des Metalls können Sie sich ein Bild von seiner Höhe machen
Eigenschaften. Je höher beispielsweise die durch den Druck der Spitze bestimmte Härte, desto
weniger Duktilität des Metalls und umgekehrt.
Die Eindruckhärteprüfung besteht darin, dass eine Probe unter
die Krafteinwirkung wird in den Eindringkörper gedrückt (Diamant, gehärteter Stahl, hart
Legierung), in Form einer Kugel, eines Kegels oder einer Pyramide. Nach dem Entfernen der Last auf
die Probe bleibt ein Abdruck, dessen Wert gemessen wird (Durchmesser, Tiefe oder
Diagonale) und vergleicht es mit den Abmessungen des Eindringkörpers und der Größe der Belastung, kann man beurteilen
über die Härte des Metalls.
Die Härte wird mit speziellen Härteprüfern bestimmt. Meistens
Härte wird nach Brinell (GOST 901259) und Rockwell (GOST 901359) Verfahren bestimmt.
Es gibt allgemeine Anforderungen an die Probenvorbereitung und -prüfung
nach diesen Methoden:
1. Die Oberfläche der Probe muss sauber und fehlerfrei sein.
2. Proben müssen eine bestimmte Dicke haben. Nach Erhalt des Drucks auf
die Rückseite der Probe sollte keine Anzeichen von Verformung aufweisen.
3. Die Probe sollte fest und stabil auf dem Tisch liegen.
4. Die Last sollte senkrecht zur Oberfläche der Probe wirken.
Bestimmung der Brinellhärte
Die Brinellhärte des Metalls wird durch Eindrücken in eine Probe eines gehärteten
24

Stahlkugel (Abb. 1) mit einem Durchmesser von 10; 5 oder 2,5 mm und werden durch die Zahl der Härten ausgedrückt
HB durch Division der aufgebrachten Last P in N oder kgf (1N = 0,1 kgf) durch
Oberfläche des auf der Probe gebildeten Abdrucks F in mm
Die Brinell-Härtezahl HB wird durch das Verhältnis der aufgebrachten Last F
auf den Bereich S der Kugeloberfläche der Vertiefung (Loch) auf der Messfläche.
HB =
, (Mpa),
D − √D2 − d2
D¿
F
S = 2F
¿
wo
F - Belastung, N;
S ist die Fläche der sphärischen Oberfläche des Aufdrucks, mm2 (ausgedrückt in D und d);
D ist der Durchmesser der Kugel, mm;
d - Eindruckdurchmesser, mm;
Der Wert der Belastung F, der Durchmesser der Kugel D und die Haltezeit unter
Belastung
τ
, werden nach Tabelle 1 ausgewählt.
Abbildung 1. Schema der Härtemessung nach der Brinell-Methode.
a) Schema des Einpressens der Kugel in das Testmetall
F Belastung, D - Kugeldurchmesser, dop - Eindruckdurchmesser;
b) Messung des Eindruckdurchmessers mit einer Lupe (im Bild d = 4,2 mm).
Tabelle 1.
Auswahl von Kugeldurchmesser, Last und Lastaufnahme in Abhängigkeit von
von der Härte und Dicke der Probe
Durchmesser
Kugel D,
mm
Dicke
Test-Objekt
Probe, mm
Material
Schwarze Metalle
Intervall
Härte in
Einheiten
Brinell,
MPa
14004500
mehr als 6
6…3
weniger als 3
mehr als 6
6…3
10
5
2,5
10
5
Weniger als 1400
Auszug
unter
Belastung
Mit
, τ
10
Belastung
F, N (kgf)
29430
(3000)
7355 (750)
1840
(187,5)
9800
(1000)
25

Nichteisenmetalle
und Legierungen (Kupfer,
Messing, Bronze,
Magnesiumlegierungen
usw.)
3501300
Nichteisenmetalle
(Aluminium,
Lager
Legierungen usw.)
80350
weniger als 3
mehr als 6
6…3
weniger als 3
mehr als 6
6…3
weniger als 3
2,5
10
5
2,5
10
5
2,5
2450 (750)
613 (62,5)
9800
(1000)
2450 (750)
613 (62,5)
2450 (250)
613 (62,5)
153,2
(15,6)
30
60
2 zeigt ein Diagramm einer Hebelvorrichtung. Die Probe ist eingeschaltet
Stufe 4. Durch Drehen des Handrades 3 die Probe mit der Schraube 2 anheben, bis sie berührt
mit der Kugel 5 und weiter bis zum vollständigen Zusammendrücken der Feder 7, auf die Spindel 6 aufsetzen. Die Feder
erzeugt auf der Kugel eine Vorspannung von 1 kN (100 kgf), die
stabile Position der Probe während der Belastung. Dann schließe ein
Elektromotor 13 und über das Schneckengetriebe des Getriebes 12, die Pleuelstange 11 und das Hebelsystem
8.9, im Gehäuse 1 des Härteprüfgeräts mit Gewichten 10 angeordnet erzeugt eine vorgegebene Volllast
am Ball. Auf dem Prüfling wird ein kugelförmiger Eindruck erhalten. Nach dem Entladen des Gerätes
die Probe wird entnommen und der Durchmesser des Drucks mit einer speziellen Lupe bestimmt. Für den berechneten Durchmesser
Druck nehmen Durchschnitt arithmetischer Wert Messungen in zwei gegenseitig
senkrechte Richtungen.
Abbildung 2. Diagramm des Brinell-Geräts
Unter Verwendung der obigen Formel, unter Verwendung des gemessenen Eindruckdurchmessers,
die Härtezahl HB wird berechnet. Härtezahl abhängig vom erhaltenen Durchmesser
Eindrückungen finden sich auch in Tabellen (siehe Härtetabelle).
Bei der Härtemessung mit einer Kugel mit einem Durchmesser von D = 10,0 mm unter einer Belastung von F = 29430 N
HB 2335 MPa oder mehr
= 10 s - die Härtezahl wird wie folgt geschrieben:
τ
(3000 kgf), mit Verschlusszeit
alte Bezeichnung HB 238 (in kgf / mm2)
Beachten Sie beim Messen der Brinell-Härte Folgendes:
1.
Es ist möglich, Materialien mit einer Härte von nicht mehr als HB 4500 MPa zu prüfen, da bei
größere Härte der Probe, eine inakzeptable Verformung der Kugel selbst tritt auf;
2.
Um ein Durchstanzen zu vermeiden, sollte die Mindestprobendicke nicht
weniger als die zehnfache Tiefe des Drucks;
26

3.
4.
vier Durchmesser des Drucks;
nicht weniger als 2,5 d.
Der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Drucke muss mindestens
Der Abstand von der Mitte des Eindrucks zur Seitenfläche der Probe sollte
Bestimmung der Rockwell-Härte
Nach der Rockwell-Methode wird die Härte von Metallen durch Eindrücken in den Test bestimmt
Probe einer gehärteten Stahlkugel mit einem Durchmesser von 1,588 mm oder eines Diamantkegels mit einem Winkel von
die Spitze
Ladungen:
vorläufiger P0 = 10 kgf und Gesamt-P gleich der Summe aus vorläufigem P0 und
Hauptlasten P1 (Abb. 3).
zwei nacheinander
angebracht
Aktion
120o unter
Die Rockwell-Härtezahl HR wird in herkömmlichen dimensionslosen Einheiten gemessen und
HRc = 100−
bestimmt durch die Formeln:
h − h0
0,002 - beim Drücken des Diamantkegels
h − h0
0,002 - wenn eine Stahlkugel eingedrückt wird,
HRv = 130−
wobei 100 die Anzahl der Unterteilungen der schwarzen Skala C ist, 130 die Anzahl der Unterteilungen der roten Skala B
das Zifferblatt des Indikators, der die Eindringtiefe misst;
h0 ist die Eindringtiefe des Diamantkegels oder der Diamantkugel unter der Einwirkung von
vorladen. Mm
h ist die Eindringtiefe des Diamantkegels oder der Diamantkugel unter der Einwirkung der Gesamtlast,
mm
0,002 - der Wert der Skalenteilung des Zeigers (Bewegung des Diamantkegels)
beim Messen der Härte von 0,002 mm entspricht die Bewegung des Indikatorpfeils um
eine Division), mm
Spitzentyp und Belastungswert werden gemäß Tabelle 2 ausgewählt, abhängig von
Härte und Dicke des Prüflings. ...
Die Rockwell-Härtezahl (HR) ist ein Maß für die Eindringtiefe des Eindringkörpers und
in konventionellen Einheiten ausgedrückt. Die Einheit der Härte wird als dimensionsloser Wert angenommen,
entsprechend einer axialen Verschiebung von 0,002 mm. Rockwell-Härtezahl
direkt durch einen Pfeil auf der C- oder B-Skala des Indikators nach der Automatik angezeigt
Entfernen der Hauptlast. Die Härte des gleichen Metalls, bestimmt durch unterschiedliche
Methoden werden in verschiedenen Härteeinheiten ausgedrückt.
Zum Beispiel HB 2070, HRc 18 oder HRb 95.
Abbildung 3. Schema der Rockwell-Härtemessung
27

Aussicht
Spitze
ika
Allgemein
Belastung F,
N (kgf)
Minimum
Dicke
Probe
Bezeichnung
Härte an
Rockwell
Skala
Nummer
fest
halt
V
MIT
EIN
HRB
Stahl
Ball
981 (100)
Stunde
Diamanten
der Kegel
1471 (150)
HRA
Diamanten
der Kegel
588 (60)
0,7
0,7
0,4
Tabelle 2
Die Grenzen
Messungen
in Einheiten
Rockwell
25…100
auf der B-Skala
20…67
auf der C-Skala
70…85
auf der B-Skala
Die Grenzen
Messungen
Härte
Probe in
Einheiten
Brinell, NV
500 bis 2300
(ungehärtet
stahlfarben
Metalle und ihre
Legierungen
von 2000 bis 7000
(gehärtet
werden)
4000 to
9000 (Details
ausgesetzt
Zementierung oder
Nitrieren,
harte Legierungen
usw.)
Die Rockwell-Methode zeichnet sich durch ihre Einfachheit und hohe Produktivität aus, bietet
Erhalt einer hochwertigen Oberfläche nach der Prüfung, ermöglicht die Prüfung von Metallen und
Legierungen, sowohl mit niedriger als auch mit hoher Härte. Diese Methode wird nicht empfohlen für
Legierungen mit heterogenem Gefüge (Grauguss, verformbar und hochfest,
Wälzlagerlegierungen usw.).
Praktischer Teil
Inhalt des Berichts.

Beantworten Sie die Fragen:
1. Was heißt Härte?
2. Was ist das Wesen der Härtebestimmung?
3. Welche 2 Methoden zur Härtebestimmung kennen Sie? Was ist der Unterschied zwischen ihnen?
4. Wie sollte eine Probe für den Test vorbereitet werden?
5. Wie erklären Sie sich das Fehlen einer universellen Methode zur Härtebestimmung?
6. Warum von den vielen mechanischen Eigenschaften von Materialien die gebräuchlichsten?
Härte bestimmen?
7. Notieren Sie in einem Notizbuch das Schema zur Bestimmung der Härte nach Brinell und Rockwell.
28

Laborarbeit Nr. 2
Thema: "Mechanische Eigenschaften von Metallen und Methoden ihrer Untersuchung (Festigkeit, Elastizität)"
Zweck der Arbeit: Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Metallen, Methoden ihrer Untersuchung.
Fortschritt:
1. Machen Sie sich mit den theoretischen Bestimmungen vertraut.
2. Vervollständigen Sie die Aufgabe des Lehrers.
3. Erstellen Sie einen Bericht gemäß der Aufgabe.
Theoretischer Teil
Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften sind Festigkeit, Elastizität, Zähigkeit,
der Designer wählt vernünftigerweise
Härte.
geeignetes Material, das die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Konstruktionen gewährleistet, wenn
ihre Mindestmasse.
Kenntnis der mechanischen Eigenschaften,
Mechanische Eigenschaften bestimmen das Verhalten des Materials bei der Verformung und
Zerstörung durch die Einwirkung äußerer Lasten. Abhängig von den Ladebedingungen
mechanische Eigenschaften können bestimmt werden, wenn:
1. Statische Belastung, die Belastung der Probe steigt langsam und gleichmäßig an.
29

2. Bei dynamischer Belastung steigt die Last mit hoher Geschwindigkeit, hat
Schockcharakter.
3. Wiederholtes abwechselndes oder zyklisches Laden der Last im Prozess
der Test variiert um ein Vielfaches in Größe oder Größe und Richtung.
Um vergleichbare Ergebnisse, Proben und Verfahren zu erhalten
mechanische Prüfungen werden durch GOSTs geregelt. In einem statischen Test auf
Zugfestigkeit: GOST 1497 erhalten die Eigenschaften von Festigkeit und Duktilität.
Festigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Verformung und Zerstörung zu widerstehen.
Plastizität ist die Fähigkeit eines Materials, seine Größe und Form unter
der Einfluss äußerer Kräfte; das Maß für die Plastizität ist das Ausmaß der bleibenden Verformung.
Das Gerät zur Bestimmung von Festigkeit und Duktilität ist eine Zugprüfmaschine,
die das Spannungs-Dehnungs-Diagramm (siehe Abb. 4) aufzeichnet, das die Beziehung zwischen
Probendehnung und einwirkende Belastung.
Reis. 4. Dehnungsdiagramm: a - absolut, b - relativ.
Schnitt oa im Diagramm entspricht der elastischen Verformung des Materials bei
Das Hookesche Gesetz wird respektiert. Spannung entsprechend der Streckgrenzenverformung
an Punkt a wird die Proportionalitätsgrenze genannt.
Die proportionale Grenze ist die höchste Spannung vor dem Erreichen
welches Hookesche Gesetz gilt.
Bei Spannungen über der Proportionalgrenze wird ein gleichmäßiges
plastische Verformung (Verlängerung oder Verengung des Abschnitts).
Punkt b - Elastizitätsgrenze - die höchste Spannung, vor deren Erreichen in
in der Probe tritt keine bleibende Verformung auf.
Die cd-Fläche ist die Streckgrenze, sie entspricht der Streckgrenze - das ist
Spannung, bei der eine Zunahme der Verformung in der Probe ohne Zunahme auftritt
Lasten (Materialströme).
Viele Stahlsorten, NE-Metalle haben keine ausgeprägte Fläche
Streckgrenze, daher wird für sie eine bedingte Streckgrenze festgelegt. Bedingt
Streckgrenze ist die Spannung, die einer bleibenden Verformung entspricht
gleich 0,2% der ursprünglichen Länge der Probe (legierter Stahl, Bronze, Duraluminium und
andere Materialien).
Punkt B entspricht der Bruchfestigkeit (ein lokaler
Ausdünnung ist ein Hals, die Bildung von Ausdünnung ist charakteristisch für Kunststoffe).
30

Die Zugfestigkeit ist die maximale Belastung, der eine Probe standhalten kann.
vor Auflösung (vorübergehende Zugfestigkeit).
Hinter Punkt B fällt die Last (aufgrund der Halsdehnung) und Zerstörung
tritt am Punkt K auf.
Der praktische Teil.
Inhalt des Berichts.
1. Geben Sie den Titel der Arbeit und ihren Zweck an.
2. Welche mechanischen Eigenschaften kennen Sie? Mit welchen Methoden wird bestimmt
mechanische Eigenschaften von Materialien?
3. Schreiben Sie die Definition von Festigkeit und Duktilität auf. Welche Methoden
sind sie bestimmt? Wie heißt das Gerät, das diese Eigenschaften bestimmt? MIT
mit welchen Eigenschaften sind definiert?
4. Zeichnen Sie das absolute Zugdiagramm des Kunststoffmaterials auf.
5. Geben Sie nach dem Diagramm die Namen aller Punkte und Abschnitte des Diagramms an.
6. Was ist die Grenze ist das Hauptmerkmal bei der Auswahl eines Materials für
ein Produkt herstellen? Begründen Sie die Antwort.
7. Welche Materialien sind zuverlässiger in der Arbeit, spröde oder duktil? Antworten
rechtfertigen.
Referenzliste
Hauptsächlich:
1.
Adaskin A. M., Zuev V. M. Werkstoffkunde (Metallbearbeitung). - M.: OITs
"Akademie", 2009 - 240 S.
FORUM, 2010 - 336 S.
2.
3.
Adaskin A. M., Zuev V. M. Materialwissenschaft und Materialtechnologie. - M .:
Chumachenko Yu.T. Materialwissenschaft und Sanitär (NGO und SPO). -
Rostov n / a: Phoenix, 2013 - 395 S.

Zusätzlich:
1.
Schukowez I.I. Mechanische Prüfung von Metallen. - M.: Gymnasium, 1986. -
199 S.
2.
3.
Lakhtin Yu.M. Grundlagen der Materialwissenschaft. - M.: Metallurgie, 1988.
Lakhtin Yu.M., Leontyeva V.P. Materialwissenschaften. - M.: Maschinenbau, 1990.
31

Elektronische Ressourcen:
1. Zeitschrift "Materialwissenschaften". (Elektronische Ressource) - Zugangsformular
http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id=2.
2. Materialwissenschaft: Bildungsressource, Zugangsformular http: //
Stähle.
(Elektronisch
Ressource)
–
bilden
Zugriff
www.supermetalloved/narod.ru.
3.
Jahrgang
www.splav.kharkov.com.
4. Bundeszentrale für Information und Bildung Ressourcen. (Elektronisch
Ressource) - Zugangsformular www.fcior.ru.
32