Prace laboratoryjne z zakresu materiałoznawstwa. Krótka informacja teoretyczna

Pytania do egzaminu na II rok Wydziału IM
Pytania do egzaminu dla studentów I roku IM

Prace laboratoryjne

Czasopisma laboratoryjne z przedmiotu „Nauka o materiałach”

(Do pracy w laboratorium studenci muszą mieć przy sobie wydrukowaną wersję czasopisma laboratoryjnego)

Praca laboratoryjna nad kursem „Nauka o materiałach”

Praca laboratoryjna nad kursem „Nauka o materiałach”

Główna literatura edukacyjna i edukacyjno-metodyczna na temat dyscyplin czytana na wydziale

Nauka o materiałach cyklicznych

1. Bogodukhov S.I., Kozik E.S. Inżynieria materiałowa. Podręcznik dla uczelni. - M .: Mashinostroenie, 2015 .-- 504 s.
2. Solntsev Yu.P., Pryachin E.I. Inżynieria materiałowa. Podręcznik dla uczelni. - SPb .: KHIMIZDAT, 2007 .-- 784 s.
3. Arzamasov V.B., Cherepakhin A.A. Inżynieria materiałowa. Podręcznik. - M .: Egzamin, 2009 .-- 352 s.: Ill.
4. Oskin V.A., Baikalova V.N., Karpenkov V.F. Warsztaty Materiałoznawstwa i Technologii Materiałów Konstrukcyjnych: Instruktaż dla uniwersytetów (red. Oskin V.A., Baikalova V.N.). - M .: KolosS, 2007 .-- 318 s.: ch.
5. Materiałoznawstwo i technologia metali: podręcznik dla uczelni / G.P. Fetisov i inni - wyd. 6, Add. - M .: Szkoła podyplomowa, 2008 .-- 878 s.
6. Materiałoznawstwo i technologia metali: podręcznik dla uczelni wyższych w specjalnościach budowy maszyn / G.P. Fetisow, M.G. Karpman i inni - M .: Szkoła Wyższa, 2009 .-- 637 s.
7. Medvedeva M.L., Prygaev A.K. Notatnik o materiałoznawstwie. Podręcznik metodyczny - M.: Centrum wydawnicze Rosyjskiego Państwowego Uniwersytetu Nafty i Gazu im. ICH. Gubkina, 2010, 90 s.
8. Efimenko L.A., Elagina O.Yu., Prygaev A.K., Vyshemirsky E.M., Kapustin O.E., Muradov A.V. Obiecujące i tradycyjne stale rurowe do budowy rurociągów gazowych i naftowych. Monografia. - M .: Logos, 2011, 336 s.
9. Prygaev A.K., Kurakin I.B., Vasiliev A.A., Krivosheev Yu.V. Uzasadnienie wyboru materiałów konstrukcyjnych i opracowania sposobów ich obróbki cieplnej do produkcji części maszyn i urządzeń dla przemysłu naftowego i gazowniczego. Podręcznik metodyczny do pracy kursowej w dyscyplinie „Nauka o materiałach” - M .: Rosyjski Państwowy Uniwersytet Nafty i Gazu im. IM Gubkina, 2015
10. Fektistov G.P., Karpman M.G., Miatyukhin V.M. i inne Materiałoznawstwo i technologia materiałów. - M.: Szkoła Wyższa, 2000
11. Gulajew A.P. Inżynieria materiałowa. - M .: Metalurgia, 1986
12. Efimenko L.A., Prygaev A.K., Elagina O.Yu. Metalurgia i obróbka cieplna złączy spawanych. Instruktaż. - M .: Logos, 2007 .-- 455 s.: Ill.
13. Wytyczne metodyczne do pracy laboratoryjnej na kursie „Nauka o materiałach” część 1 i część 2, - M .: Rosyjski Państwowy Uniwersytet Nafty i Gazu, 2000
14. Trofimova G.A. Wytyczne metodyczne do prac laboratoryjnych „Konstrukcja i analiza krzywych termomechanicznych polimerów amorficznych” oraz „Oznaczanie właściwości mechanicznych tworzyw sztucznych i gum”. - Moskwa: Rosyjski Państwowy Uniwersytet Nafty i Gazu im. I.M. Gubkin, 1999

Cykl Korozja i ochrona urządzeń naftowych i gazowych

1. Semenova I.V., Florianovich G.M., Khoroshilov A.V. Ochrona przed korozją i korozją. - M: Fizmatlit, 2010 .-- 416 s.
2. Medvedeva M.L. Ochrona przed korozją i sprzętem w przetwórstwie ropy i gazu. Instruktaż. Moskwa: Wydawnictwo FSUE „Oil and Gas” Rosyjski Państwowy Uniwersytet Nafty i Gazu im I.M. Gubkina, 2005 .-- 312 s.: ch.
3. Medvedeva M.L., Muradov A.V., Prygaev A.K. Korozja i ochrona głównych rurociągów i zbiorników: Podręcznik dla uczelni o profilu naftowym i gazowym. - M .: Centrum Wydawnicze Rosyjskiego Państwowego Uniwersytetu Nafty i Gazu im. I.M. Gubkina, 2013 .-- 250 pkt.
4. Sorokin G.M., Efremov A.P., Saakiyan L.S. Zużycie korozyjno-mechaniczne stali i stopów. -M.: Ropa i Gaz, 2002

Trybologia cyklu

1. Sorokin G.M., Malyshev V.N., Kurakin I.B. Trybologia stali i stopów: Podręcznik dla uniwersytetów. - M.: Rosyjski Uniwersytet stanowy Ropa i Gaz im. I.M. Gubkina, 2013 .-- 383 s.: ch.
2. Sorokin G.M., Kurakin I.B. Analiza systemowa i złożone kryteria wytrzymałości stali. - M .: Nedra Publishing House LLC, 2011. - 101 s.
3. Sorokin G.M. Trybologia stali i stopów. M.: Nedra, 2000
4. Vinogradov VN, Sorokin G.M. Zużycie mechaniczne stali i stopów: Podręcznik dla uniwersytetów. - M .: Nedra, 1996 .-- 364 s.: ch.
5. Vinogradov VN, Sorokin G.M. Odporność na ścieranie stali i stopów: Podręcznik dla uniwersytetów. - M .: Ropa i gaz, 1994 .-- 417 s.: il. 246.

Temat:Badanie procesu krystalizacji metali

Cel: badanie mechanizmu krystalizacji metali, warunków energetycznych procesu krystalizacji.

Porządek pracy

1. Zapoznaj się z informacjami teoretycznymi.

2. W zeszycie do pracy praktycznej odpowiedz pisemnie na pytania kontrolne.

Informacje teoretyczne

Ogólną właściwością metali i stopów jest ich struktura krystaliczna, która charakteryzuje się pewnym rozmieszczeniem atomów w przestrzeni. Do opisu struktury atomowo-kryształowej stosuje się pojęcie komórki kryształowej - najmniejszej objętości, której translacja we wszystkich wymiarach może w pełni odtworzyć strukturę kryształu. W prawdziwym krysztale atomy lub jony zbliżają się do siebie do stanu bezpośredniego kontaktu, ale dla uproszczenia zastępują je schematy, w których centra przyciągania atomów lub jonów są przedstawione kropkami; Ogniwa najbardziej typowe dla metali pokazano na ryc. 1.1.

Rysunek 1.1. Rodzaje sieci krystalicznych i rozmieszczenie w nich atomów:

a) skoncentrowane na twarzy (FCC), b) skoncentrowane na ciele (BCC), c) ciasno upakowane sześciokątne (GSC)

Każda substancja może być w trzech stany zagregowane: stały, ciekły i gazowy, a przejście z jednego stanu do drugiego następuje w określonej temperaturze i ciśnieniu. Większość procesów technologicznych zachodzi pod ciśnieniem atmosferycznym, wtedy przemiany fazowe charakteryzują się temperaturą krystalizacji (topnienia), sublimacji i wrzenia (parowania).

Wraz ze wzrostem temperatury ciała stałego wzrasta ruchliwość atomów w węzłach komórki krystalicznej i wzrasta ich amplituda drgań. Gdy temperatura topnienia zostanie osiągnięta, energia atomów staje się wystarczająca do opuszczenia komórki - zapada się wraz z utworzeniem fazy ciekłej. Temperatura topnienia jest ważną fizyczną stałą materiałów. Spośród metali najniższą temperaturę topnienia ma rtęć (-38,9°C), a najwyższą wolfram (3410°C).

Odwrotny obraz ma miejsce, gdy ciecz jest schładzana wraz z jej dalszym krzepnięciem. W pobliżu temperatury topnienia tworzą się grupy atomów upakowane w komórki jak w ciele stałym. Grupy te są centrami (jądrami) krystalizacji, a następnie narasta na nich warstwa kryształów. Po osiągnięciu tej samej temperatury topnienia materiał przechodzi w stan ciekły z utworzeniem sieci krystalicznej.

Krystalizacja to przejście metalu ze stanu ciekłego do stanu stałego w określonej temperaturze. Zgodnie z prawem termodynamiki, każdy układ dąży do przejścia w stan o minimalnej wartości energii swobodnej - złożonej energii wewnętrznej, którą można izotermicznie zamienić na pracę. Dlatego metal krzepnie, gdy w stanie stałym jest mniej energii swobodnej, i topi się, gdy w stanie ciekłym jest mniej energii swobodnej.

Proces krystalizacji składa się z dwóch podstawowych procesów: zarodkowania centrów krystalizacji i wzrostu kryształów z tych centrów. Jak wspomniano powyżej, w temperaturze bliskiej krystalizacji rozpoczyna się tworzenie nowej struktury, centrum krystalizacji. Wraz ze wzrostem stopnia przechłodzenia wzrasta liczba takich ośrodków, wokół których zaczynają rosnąć kryształy. Jednocześnie w fazie ciekłej tworzą się nowe centra krystalizacji, dlatego wzrost fazy stałej następuje jednocześnie zarówno w wyniku pojawiania się nowych ośrodków, jak i wzrostu już istniejących. Całkowita szybkość krystalizacji zależy od przebiegu obu procesów, a szybkości zarodkowania centrów i wzrostu kryształów zależą od stopnia przechłodzenia ΔТ. Na ryc. 1.2 schematycznie przedstawia mechanizm krystalizacji.

Ryż. 1.2. Mechanizm krystalizacji

Prawdziwe kryształy nazywane są krystalitami, mają nieregularny kształt, co tłumaczy się ich jednoczesnym wzrostem. Jądra krystalizacji mogą być fluktuacjami metalu nieszlachetnego, zanieczyszczeń i różnych cząstek stałych.

Rozmiary ziaren zależą od stopnia przechłodzenia: przy małych wartościach ΔТ szybkość wzrostu kryształów jest wysoka, dlatego powstaje niewielka ilość dużych krystalitów. Wzrost ΔТ prowadzi do wzrostu szybkości zarodkowania, liczba krystalitów znacznie wzrasta, a ich rozmiary maleją. Jednak główną rolę w tworzeniu struktury metalicznej odgrywają zanieczyszczenia (wtrącenia niemetaliczne, tlenki, produkty odtleniania) – im ich więcej, tym mniejsze rozmiary ziaren. Czasami metal jest celowo modyfikowany - celowe wprowadzanie zanieczyszczeń w celu zmniejszenia wielkości ziarna.

W tworzeniu struktury krystalicznej istotną rolę odgrywa kierunek odprowadzania ciepła, ponieważ kryształ rośnie szybciej w tym kierunku. Zależność tempa wzrostu od kierunku prowadzi do powstawania rozgałęzionych kryształów drzewiastych – dendrytów (ryc. 1.3).

Ryż. 1.3 Kryształ dendrytyczny

Podczas przejścia ze stanu ciekłego do stałego zachodzi zawsze selektywna krystalizacja - przede wszystkim czystszy metal twardnieje. Dlatego granice ziaren są bardziej wzbogacone w zanieczyszczenia, a niejednorodność składu chemicznego w dendrytach nazywa się likwacją dendrytyczną.

Na ryc. 1.4. przedstawia budowę wlewka stalowego, w którym można wyróżnić 3 charakterystyczne strefy: drobnoziarnistą 1, strefę kryształów kolumnowych 2 oraz strefę kryształów równowagowych 3. Strefa 1 składa się z dużej liczby kryształów niezorientowanych w przestrzeń, powstająca pod wpływem znacznej różnicy temperatur między ciekłym metalem a zimnymi ścianami.

Ryż. 1.4. Struktura wlewka stalowego

Po utworzeniu się strefy zewnętrznej pogarszają się warunki odprowadzania ciepła, zmniejsza się hipotermia i pojawia się mniej centrów krystalizacji. Kryształy zaczynają z nich wyrastać w kierunku odprowadzania ciepła (prostopadle do ścianek formy), tworząc strefę 2. W strefie 3 nie ma wyraźnego kierunku odprowadzania ciepła, a jądra krystalizacji w niej zawierają przemieszczone obce cząstki podczas krystalizacji poprzednich stref.

Pytania kontrolne

1. W jakich stanach skupienia może istnieć materiał?

2. Co nazywa się przemianą fazową pierwszego rodzaju?

3. Jaki proces nazywamy krystalizacją, do jakiego rodzaju przemian fazowych należy?

4. Opisać mechanizm krystalizacji metalu i warunki niezbędne do jego uruchomienia.

5. Jaka jest przyczyna dendrytycznego kształtu kryształów?

6. Opisz strukturę metalowego wlewka

Prace laboratoryjne na kursie „Nauka o materiałach”

Semestr

1. „Analiza struktury krystalicznej metali i stopów” (nr 1, warsztat 2). 2 godz.

2. „Badanie materiałów na twardość” (nr 10, warsztat 2). 1 godz.

3. „Badanie próbek na rozciąganie” (nr 11, warsztat 2; lub „Właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych”, osobny plik). 2 godz.

4. „Oznaczanie udarności materiału” (nr 12, warsztat 2). 1 godz.

5. „Analiza fraktograficzna niszczenia materiałów metalicznych” (nr 9, warsztat 2). 1 godz.

6. „Wpływ odkształcenia plastycznego na zimno i temperatury rekrystalizacji na strukturę i właściwości metali” (nr 4, warsztat 1). 2 godz.

7. „Analiza termiczna stopów” (nr 1, warsztat 1). Część 1 - budowa schematu stanu układu „cynk-cyna” metodą termiczną. Część 2 - analiza wykresów stanu stopów dwuskładnikowych: wykonać indywidualne zadanie w punkcie 5 w „Treści raportu”. 2 godz.

8. „Analiza makroskopowa (makroanaliza) struktury materiałów metalicznych” (nr 2, warsztat 2). 1 godz.

9. „Analiza mikroskopowa (mikroanaliza) struktury materiałów metalicznych” (nr 3, warsztat 2). 1 godz.

Semestr

1 (10). „Analiza mikroskopowa metali i stopów. Struktura stali węglowej „(nr 2, warsztat 1) lub podobna praca nr 7” „Badanie struktury stali węglowych w stanie równowagi metodą mikroanalizy”, warsztat 2). Część praktyczna: studenci przyglądają się budowie czterech stopów żelazo-węgiel za pomocą mikroskopu MIM-7: żelaza technicznego, stopów podeutektoidalnych, eutektoidalnych i nadeutektoidalnych. Wykonują schematyczne szkice, podpisują elementy konstrukcyjne, podają przykładowy gatunek stali, dla stopu podeutektoidalnego zawartość węgla oblicza się ze wzoru. 1 godz. + t.

2 (11). „Schemat stanu żelazo-węgiel. Budowa, właściwości i zastosowanie żeliw „nr 3 z warsztatu 1) lub praca podobna nr 8” „Badanie struktury żeliwa węglowego metodą mikroanalizy” z warsztatu 2). Część praktyczna: studenci przyglądają się na mikroskopie MIM-7 strukturom trzech żeliw: żeliwa szarego z grafitem drobnopłytkowym na podkładzie perlitowym, żeliwa sferoidalnego na podbudowie ferrytowo-perlitowej oraz żeliwa podeutektycznego białego. Niestety nie więcej. Robią też szkice, piszą nazwy żeliw i elementów konstrukcyjnych. 1 godz. + t.

3 (12). „Wpływ szybkości chłodzenia na twardość stali węglowej” nr 20 z warsztatu 2). Część praktyczna: cztery próbki ze stali U8. Jedna jest wyżarzana, druga normalizowana, trzecia jest hartowana w oleju, a czwarta jest hartowana w wodzie. Mierzy się twardość, sporządza się wykres zależności twardości od szybkości chłodzenia. Szybkości chłodzenia są pobierane z tabeli w pracy laboratoryjnej. 2 godz.

4 (13). „Hartowanie stali węglowych” nr 5 z warsztatu 1). Część praktyczna: trzy próbki stali 20, 45, U9 hartowane są w wodzie, jedna próbka stali 45 hartowana jest w oleju. Twardość mierzy się przed (HRB) i po (HRC) hartowaniu. Tabela przeliczeniowa służy do określenia twardości w jednostkach HB. Na podstawie wyników budowane są dwa wykresy: HB = f (% C) i HRC = f (Vcool.). 2 godz. + t.

5 (14). „Wakacje stali” nr 6 z warsztatu 1) lub podobna praca nr 18 „Wakacje stali węglowej” z warsztatu 2). Część praktyczna: wg warsztatu 1) niskie (200°C), średnie (400°C) i wysokie (600°C) odpuszczanie próbek hartowanych ze stali 45 oraz niskie (200°C) odpuszczanie hartowanej próbki ze stali U9 są przeprowadzane. Zmierz twardość. Zbuduj wykres HRC = f (Tamp.). Według warsztatu 2) przeprowadzane jest niskie, średnie i wysokie odpuszczanie próbek hartowanych ze stali U8. 2 godz. + t.

6 (15). „Wyżarzanie i normalizacja stali” nr 7 z warsztatu 1). Część praktyczna: dwie próbki stali 45. Jedną przeprowadza się wyżarzanie izotermiczne, drugą normalizację. 2 godz. + t.

7 (16). „Chemiczna obróbka cieplna stali” nr 8 z warsztatu 1. 1 godz.

8 (17). „Wpływ pierwiastków stopowych na hartowność stali wyznaczoną metodą hartowania końcowego” nr 21 z warsztatu 2. 2 godz.

9 (18). „Klasyfikacja, oznakowanie i wykorzystanie materiałów budowlanych”. Część praktyczna: uczniowie otrzymują kartkę z pięcioma pieczątkami, opisz szczegółowo każdą. 1 godz.

Praca laboratoryjna nr 1

ANALIZA STRUKTURY KRYSTALICZNEJ

METALE I STOPY

Cel:

Zapoznaj się z rodzajami sieci krystalicznych metali i stopów, wadami struktury krystalicznej oraz rodzajami roztworów stałych.

Urządzenia, materiały i narzędzia

Modele głównych typów sieci krystalicznych metali i roztworów stałych.

Krótka informacja teoretyczna

Atomowa struktura krystaliczna metali. Metale w normalnych warunkach mają strukturę krystaliczną, osobliwość co jest pewnym wzajemnym okresowym układem atomów, rozchodzącym się na dowolnie duże odległości. Ten układ atomów jest zwykle nazywany porządkiem dalekiego zasięgu. Tak więc struktura atomowo-kryształowa rozumiana jest jako wzajemne ułożenie atomów (jonów) występujące w rzeczywistym krysztale. Do opisu struktury atomowo-kryształowej stosuje się pojęcie sieci przestrzennej lub krystalicznej. Sieć krystaliczna metalu jest wyobrażoną siatką przestrzenną, w węzłach której znajdują się atomy (jony), pomiędzy którymi poruszają się swobodne elektrony. Siły elektrostatyczne przyciągania między jonami i elektronami równoważą siły odpychania między jonami. Tak więc położenie atomów jest takie, że zapewniona jest minimalna energia interakcji między nimi, a w konsekwencji stabilność całego agregatu.

Nazywa się minimalną objętością kryształu, która daje wyobrażenie o strukturze atomowej metalu w całej objętości elementarna komórka krystaliczna. Czyste metale mają jeden z następujących typów sieci krystalicznej: skoncentrowaną na ciele (bcc), skoncentrowaną na powierzchni (fcc) i gęsto upakowaną sześciokątną (hcp) (ryc. 1).

Sieć Bcc to na przykład żelazo, lit, wanad, wolfram, molibden, chrom, tantal; Krata FCC - aluminium, g-żelazo, miedź, złoto, nikiel, platyna, ołów, srebro. Sieć hcp zawiera magnez, cynk, beryl, kadm, kobalt, a-tytan.

Kierunki współrzędnych (osie krystalograficzne). W układzie osi krystalograficznych kształt komórki elementarnej sieci przestrzennej można opisać za pomocą trzech kątów współrzędnych a, b i g między osiami krystalograficznymi i trzema parametrami sieci a, b, c.

Komórki elementarne sieci sześciennych bcc (ryc. 1a) i fcc (ryc. 1b) charakteryzują się równością kątów a = b = g = 90 ° i równością parametrów sieci a = b = c. Sieć hcp (rys.1c) charakteryzuje się wartościami kątów a = b = 90 ° i g = 120 ° oraz równością dwóch parametrów sieci a = b c.

Symbole krystalograficzne służą do opisu płaszczyzn i kierunków atomowych w krysztale. Aby określić symbole płaszczyzn, użyj metody indeksowania płaszczyzny według odcinków linii. W tym celu wybiera się układ współrzędnych tak, aby osie współrzędnych I, II, III były równoległe do trzech przecinających się krawędzi kryształu (rys. 2). Z reguły pierwsza oś krystalograficzna jest skierowana w stronę obserwatora, druga jest pozioma, a trzecia skierowana do góry. Samolot А 1 В 1 С 1 odcina w osie współrzędnych segmenty o wielkości równej parametrom sieci ОА 1 = a, ОВ 1 = b, OC 1 = c. Płaszczyzna A 1 B 1 C 1 nazywana jest pojedynczą płaszczyzną. Parametry sieci a, b, c są traktowane jako jednostki osiowe.

Aby określić wskaźniki krystalograficzne płaszczyzny А 2 В 2 С 2, konieczne jest:

Znajdź parametry danej płaszczyzny, tj. odcinki w jednostkach osiowych, odcięte tą płaszczyzną na osiach współrzędnych;

Zapisz stosunek trzech ułamków, których licznikami są parametry płaszczyzny jednostkowej А 1 В 1 С 1, a mianownikami są parametry danej płaszczyzny А 2 В 2 С 2, tj. 1 / 2: 1 / 2: 1 / 2;

Zmniejsz wynikowy stosunek do stosunku trzech liczb całkowitych względnie pierwszych, czyli zmniejsz ułamki do wspólny mianownik, zmniejsz, jeśli to możliwe, o wspólny czynnik i odrzuć mianownik.

Otrzymane trzy liczby całkowite i względnie pierwsze, oznaczane przez h, k, l, nazywane są indeksami płaszczyzny atomowej. Zbiór indeksów nazywany jest symbolem płaszczyzny atomowej, który zwykle jest umieszczany w nawiasach i zapisywany (hkl). Jeśli płaszczyzna przecina osie współrzędnych w ujemnej ćwiartce, to nad indeksem umieszczany jest znak „-”. Jeżeli rozważana płaszczyzna jest równoległa do jednej z osi krystalograficznych, to indeks odpowiadający tej osi wynosi zero. Rysunek 3 przedstawia przykłady indeksowania płaszczyzn w sześciennej komórce elementarnej Bravais.

Symbole należy odczytywać numerycznie, np. (100) jako 1, 0, 0. Symbole płaszczyzn równoległych są takie same. W konsekwencji symbol płaszczyzny opisuje nieskończenie dużą rodzinę równoległych płaszczyzn atomowych, które są strukturalnie równoważne. Płaszczyzny atomowe jednej rodziny leżą od siebie w równej odległości międzypłaszczyznowej d.

Płaszczyzny atomowe różnych rodzin mogą być nierównoległe, ale identyczne w rozmieszczeniu atomów i odległości międzypłaszczyznowej d. Takie płaszczyzny są połączone i oznaczone symbolem (hkl). Tak więc w kryształach sześciennych jeden zestaw zawiera rodziny płaszczyzn, których indeksy różnią się jedynie znakami i położeniem w symbolu. Na przykład zbiór płaszczyzn atomowych (100) obejmuje sześć rodzin: (100), (͞100), (010), (0͞10), (001), (00͞1).

Symbol kierunku krystalograficznego wyznacza się za pomocą trzech liczb względnie pierwszych (indeksów) u, v, w, które są proporcjonalne do współrzędnych wektora promienia R łączącego początek (punkt początkowy) z najbliższym punktem sieci krystalicznej w danym kierunku. Indeksy są ujęte w nawiasy kwadratowe i zapisane. Jeśli kierunek nie przechodzi przez początek (węzeł początkowy), to należy go mentalnie przenieść równolegle do siebie lub przesunąć początek i osie współrzędnych tak, aby kierunek przechodził przez początek.

Rysunek 4 przedstawia przykłady wskazania kierunków krystalograficznych w krysztale sześciennym.

Umieść początek w punkcie O... Wtedy na przykład punkt Z ma współrzędne 0, 0, 1; symbol kierunku osy-. Czyta się go osobno - "kierunek zero - zero - jeden". Kropka mi ma współrzędne ½; ½; jeden; symbol kierunku Oh-. Aby zdefiniować symbol kierunku aw, mentalnie przenieś to równolegle do siebie do punktu O; to współrzędne punktu v- 1, 1, 0; symbolem kierunku jest [͞110]. Gdy kierunek jest odwrócony, znaki indeksów są odwrócone, na przykład i (patrz Rysunek 1.5). Kierunki równoległe mają te same symbole i są łączone w rodziny. Rodziny o identycznych, ale nierównoległych kierunkach tworzą zbiór, który jest oznaczony przez na przykład w zestawie kierunków<100>obejmuje rodziny kierunków, [͞100],,,,.

W kryształach sześciokątnych czteroosiowy układ współrzędnych jest używany głównie do wskazywania płaszczyzn. Przykłady indeksowania płaszczyzny w krysztale heksagonalnym pokazano na rysunku 5.

Czwarta oś współrzędnych OU leży w płaszczyźnie poziomej i znajduje się wzdłuż dwusiecznej pomiędzy ujemnymi półosiami (-ОХ) i (-ОY). Symbol samolotu składa się z czterech wskaźników i jest pisany (hkil). Trzy z nich (h, k i l) oblicza się z odwrotności wartości odcinków odciętych przez rozważaną płaszczyznę na trzech osiach krystalograficznych (OX), (OY), (OZ) i czwartym indeksie i obliczona przez stosunek:

h + k + i = 0 (1)

Na przykład, jeśli h = 1; k = 1, l = 0, a następnie korzystając z zależności (1), możemy znaleźć czwarty indeks: i = - (h + k) = - (1 +1) = -2. Symbol samolotu jest zapisany jako (11͞20). Jest to najbliższa nam płaszczyzna na Rysunku 6. Czwarty wskaźnik i jest używany, gdy konieczne jest wyznaczenie identycznych płaszczyzn, a nie jest używany przy obliczaniu odległości międzypłaszczyznowych, kątów między płaszczyznami i kierunków. Dlatego zamiast całkowicie wpisywać symbol samolotu, na przykład (11͞20), czasami używa się (11.0), tj. zamiast indeksu i umieszczają kropkę. Rodziny i zespoły identycznych płaszczyzn są definiowane podobnie do rodzin i zespołów w kryształach sześciennych.

Do opisu kierunków krystalograficznych w kryształach heksagonalnych stosuje się zarówno symbole trójosiowe, jak i czteroosiowe. Symbole trójosiowe są określone przez współrzędne danego wektora promienia (jak w kryształach sześciennych).

Istnieje zależność między czteroosiowymi wskaźnikami kierunkowymi:

r 1 + r 2 + r 3 = 0 (2)

Aby przełączyć się z symboli trójosiowych na symbole czteroosiowe, stosuje się następujące relacje:

r1 = 2u–v; r 2 = 2v - u; r3 = -u - v; r 4 = 3 w (3)

Przykładowe wskazania kierunków krystalograficznych w krysztale heksagonalnym pokazano na rysunku 6.

Oprócz cech geometrycznych kryształu fizyka materiałoznawcza wykorzystuje następujące pojęcia: liczba atomów w komórce n I, liczba koordynacyjna (CN) i współczynnik wypełnienia η.

Przez liczbę atomów na komórkę n rozumiem liczbę objętości atomowych przypadających na komórkę elementarną Bravaisa. Weźmy objętość jednego atomu na jednostkę. Jako przykład rozważmy komórkę wyśrodkowaną na ciele, która składa się z 9 atomów, z których 8 znajduje się na wierzchołkach sześcianu, a 1 w środku sześcianu. Każdy atom w wierzchołku należy do ośmiu sąsiadujących komórek jednocześnie, a zatem 1/8 każdego z 8 atomów należy do jednej komórki: 1/8. 8 = 1; atom w środku sześcianu należy w całości do komórki. Tak więc komórka skupiona na ciele składa się z dwóch objętości atomowych, tj. na komórkę przypadają dwa atomy.

Przez liczbę koordynacyjną (CN) rozumie się liczbę atomów znajdujących się w tej samej i najmniejszej odległości od danego atomu. Im wyższa liczba koordynacyjna, tym większa gęstość upakowania atomów. Tak więc w siatce sześciennej skoncentrowanej na ciele CN = 8; w sieciach scentralizowanych i sześciokątnych, CN = 12.

Współczynnik wypełnienia η to procentowy stosunek objętości V a zajmowanej przez atomy w komórce do objętości całej komórki V i:

η = (V a / V i) ∙ 100% (4)

Liczba koordynacyjna (CN) i współczynnik wypełnienia η charakteryzują gęstość upakowania atomów w komórce elementarnej kryształu metalu. Najgęstsze upakowanie atomów jest realizowane w skoncentrowanych na twarzy i sześciokątnych komórkach Bravaisa.

Defekty krystaliczne . Prawdziwy kryształ różni się od idealnego obecnością defektów struktury krystalicznej, które wpływają często w sposób decydujący na właściwości makroskopowe ciał krystalicznych. Geometrycznie defekty dzielą się na trzy grupy:

Punkt (zero-wymiarowy);

Liniowy (jednowymiarowy);

Powierzchnia (dwuwymiarowa).

Wady punktowe mieć wymiary we wszystkich kierunkach od jednej do czterech średnic atomowych. Są podzielone na własne i nieczystości.

Wewnętrzne defekty punktowe obejmują: luki powstałe, gdy atom (jon) jest usuwany z jego normalnego położenia w miejscu sieci krystalicznej oraz atomy śródmiąższowe - atomy metalu nieszlachetnego zlokalizowane w miejscach śródmiąższowych sieci krystalicznej. Atomy zanieczyszczeń obejmują atomy innych (lub innych) pierwiastków, rozpuszczonych w głównej sieci na zasadzie podstawienia lub insercji.

Rysunek 7 pokazuje w dwuwymiarowym modelu kryształu wakat, samoistny atom śródmiąższowy oraz atomy domieszek substytucyjnych i śródmiąższowych.

Najczęstsze są wakaty. Istnieją dwa znane mechanizmy powstawania wakatów: mechanizm Schottky'ego - kiedy atom opuszcza zewnętrzną powierzchnię lub powierzchnię poru lub pęknięcia wewnątrz kryształu pod wpływem fluktuacji termicznych oraz mechanizm Frenkla - kiedy para " w czasie deformacji, napromieniania metali promieniowaniem jonizującym: elektrony szybkie, promienie γ. W prawdziwych kryształach wakat tworzą się nieustannie i znikają pod wpływem wahań temperatury. Energia aktywacji do powstania wakatu wynosi około 1 eV, dla atomu śródmiąższowego od 3 do 10 eV.

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta równowaga koncentracji defektów punktowych w krysztale. Podczas odkształcenia plastycznego, napromieniowania i hartowania liczba defektów punktowych gwałtownie wzrasta, co prowadzi do naruszenia ich stężenia równowagowego o kilka rzędów wielkości.

Atomy zanieczyszczeń substytucyjnych migrują w taki sam sposób jak atomy główne - przez mechanizm wakancji. Atomy śródmiąższowe zanieczyszczeń są małe i dlatego, w przeciwieństwie do dużych, wewnętrznych atomów śródmiąższowych, mogą migrować przez puste przestrzenie między atomami sieci krystalicznej.

Defekty punktowe mają duży wpływ na mechanizm i kinetykę procesów pełzania, pękania długotrwałego, powstawania porowatości dyfuzyjnej, odwęglania, grafityzacji i innych procesów związanych z przenoszeniem atomów w masie substancji, a także na właściwości fizyczne: opór elektryczny, gęstość.

Wady liniowe są małe (kilka średnic atomowych) w dwóch kierunkach i mają duży zasięg, porównywalny z długością kryształu, w trzecim. Defekty liniowe obejmują dyslokacje, łańcuchy wakatów i atomy śródmiąższowe.

Dyslokacje dzielą się na dwa główne typy: krawędziowe i śrubowe.

Przemieszczenie krawędziowe można sobie wyobrazić, mentalnie rozszczepiając idealny kryształ pionowo, powiedzmy, prymitywną sześcienną siecią sześcienną i wkładając do niego bardzo krótką warstwę atomową, zwaną ekstrapłaszczyzną. Dodatkową płaszczyznę można również uzyskać, przesuwając jedną część kryształu względem drugiej. Płaszczyzna, działając jak klin, zagina siatkę wokół jej dolnej krawędzi wewnątrz kryształu (ryc. 8).

Obszar niedoskonałości wokół krawędzi ekstrapłaszczyzny nazywany jest przemieszczeniem krawędzi. Silne zniekształcenia sieci krystalicznej są zamknięte niejako w „rurce” o średnicy od dwóch do dziesięciu atomów, której oś jest krawędzią pozapłaszczyzny. Wzdłuż linii pozapłaszczyznowej niedoskonałości są makroskopowe, natomiast w pozostałych dwóch kierunkach (wzdłuż średnicy „rury”) są bardzo małe. Jeżeli ekstrapłaszczyzna znajduje się w górnej części kryształu, to związana z nią dyslokacja nazywana jest dodatnią i oznaczona przez (┴); jeśli ekstrapłaszczyzna znajduje się w dolnej części, to dyslokację nazywamy ujemną i oznaczamy (┬).

Pod wpływem przyłożonego z zewnątrz naprężenia przemieszczenie krawędzi może przesuwać się wzdłuż pewnych płaszczyzn i kierunków krystalograficznych. Dominujące przesuwanie występuje wzdłuż gęsto upakowanych płaszczyzn. Połączenie płaszczyzny przesuwu i kierunku przesuwu nazywa się systemem przesuwnym. Każdy rodzaj sieci krystalicznej charakteryzuje się własnymi systemami poślizgu. Zatem w kryształach o sieci sześciennej skoncentrowanej na ścianie są to płaszczyzny zbioru (111) i kierunki zbioru<110>(Cu, Al, Ni), z siatką sześcienną skupioną wokół ciała - (110) (α-Fe, Mo, Nb), (211) (Ta, W, α-Fe), (321) (Cr, α- Fe) i<111>, z ciasno upakowanym sześciokątem - (0001),<11͞20>(Zn, Mg, Be), (1͞100), (10͞11),<11͞20>(Ti), (11͞22),<1͞213>(Ti). Naprężenie wymagane do ścinania nazywa się krytycznym naprężeniem ścinającym lub ścinającym. Co więcej, w każdym momencie tylko niewielka grupa atomów uczestniczy w przemieszczeniu po obu stronach płaszczyzny poślizgu. Figura 9 przedstawia schemat ślizgania się dyslokacji krawędziowej przez kryształ.

Ostatni etap poślizg jest wyjściem dyslokacji krawędziowej (extraplane) na powierzchni kryształu. W tym przypadku górna część kryształu jest przesunięta względem dolnej o jedną odległość międzyatomową w kierunku ścinania. Taki ruch jest elementarnym aktem odkształcenia plastycznego. Glide to ruch konserwatywny, który nie jest związany z przenoszeniem masy materii. Kierunek i wielkość ścinania podczas przemieszczenia przemieszczenia krawędzi są scharakteryzowane przez wektor Burgers b i jego moc, odpowiednio. Kierunek przemieszczenia przemieszczenia krawędzi jest równoległy do ​​wektora Burgersa.

Oprócz przesuwania się, przemieszczenie krawędzi może poruszać się poprzez pełzanie, co odbywa się na drodze dyfuzji i jest procesem aktywowanym termicznie. Wznoszenie dodatnie występuje, gdy łańcuch atomów z krawędzi ekstrapłaszczyzny przesuwa się do sąsiednich wakatów lub szczelin, tj. płaszczyzna ekstra jest skrócona o jedną odległość międzyatomową, a przemieszczenie krawędzi przechodzi w górną płaszczyznę poślizgu równolegle do pierwszej. Ujemne wznoszenie występuje, gdy krawędź ekstrapłaszczyzny jest uzupełniona przez rząd atomowy z powodu dodania atomów międzywęzłowych lub sąsiednich, a przemieszczenie krawędzi przechodzi w dolną płaszczyznę poślizgu. Crawling jest ruchem niekonserwatywnym, tj. występuje przy przenoszeniu masy. Szybkość pełzania zależy zarówno od temperatury, jak i koncentracji defektów punktowych.

Przemieszczenie śrubowe, podobnie jak przemieszczenie krawędziowe, może zostać utworzone za pomocą przesunięcia. Wyobraźmy sobie kryształ w postaci stosu poziomych równoległych płaszczyzn atomowych. Wykonajmy w myślach ślepe wycięcie w krysztale (rys.10a) i przesuńmy np. prawą część w dół (wzdłuż płaszczyzny ABCD) o jedną odległość międzypłaszczyznową (rys.10b).

Zwichnięcie śruby dzieli się dalej na prawą (ryc.10b), przy przechodzeniu z górnej płaszczyzny do dolnej linii zwichnięcia należy kręcić zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a lewą przy przechodzeniu z górnej płaszczyzny do dolnej linii zwichnięcia jeden musi iść w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara (jeśli w stosunku do ABCD przesuń się w dół po lewej stronie kryształu). Linia przemieszczenia śruby jest zawsze równoległa do wektora Burgersa (ryc. 11).

Dyslokacja śrubowa, w przeciwieństwie do dyslokacji brzegowej, nie jest związana z konkretną płaszczyzną ścinania, dlatego może ślizgać się w dowolnej płaszczyźnie krystalograficznej zawierającej linię dyslokacji i wektor ścinania (ryc. 12). Kierunek ruchu przemieszczenia ślimaka jest zawsze prostopadły do ​​wektora Burgersa. W wyniku poślizgu zarówno krawędziowego, jak i ślimakowego dyslokacji, na powierzchni kryształu powstaje uskok o wysokości równej wielkości wektora Burgersa b(rys. 12).

Dyslokacje są obecne we wszystkich kryształach. Tak więc w metalach niezdeformowanych gęstość dyslokacji wynosi 10 6 -10 8 cm -2; w kryształach homeopolarnych - 10 4 cm -2. Przy naprężeniu zewnętrznym równym krytycznemu naprężeniu ścinającemu τ cr = 10 -5 G, gdzie G jest modułem sprężystości materiału, przemieszczenia zaczynają się poruszać, to znaczy rozpoczyna się odkształcenie plastyczne. W procesie odkształcenia plastycznego wzrasta gęstość dyslokacji. Na przykład w metalach zdeformowanych gęstość dyslokacji wynosi 10 10 –10 12 cm -2; w kryształach homeopolarnych do 10 8 cm -2. Różne rodzaje barier (cząstki drugiej fazy, defekty punktowe, granice ziaren itp.) stanowią przeszkody dla przemieszczania dyslokacji. Ponadto wraz ze wzrostem liczby dyslokacji zaczynają się one akumulować, zaplątać w sploty i zakłócać inne ruchome dyslokacje. Wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia wzrasta τcr, tj. aby kontynuować proces odkształcenia, wymagany jest wzrost naprężeń zewnętrznych, które w pewnym stopniu determinują twardnienie materiału.

Wady powierzchni. Wady powierzchni obejmują granice ziaren (podziarna) (ryc. 13). Defekty powierzchni są dwuwymiarowe, to znaczy makroskopowe w dwóch kierunkach i atomowe w trzecim. Granice nazywane są niskim kątem, jeśli dezorientacja sieci krystalicznych sąsiednich ziaren nie przekracza 10 °, a wysoki kąt (wysoki kąt) z większą dezorientacją.

Granice niskiego kąta mogą być tworzone przez systemy dyslokacji zarówno krawędziowych, jak i śrubowych o różnych orientacjach i z różnymi wektorami Burgers. Granice o małym kącie powstają podczas wzrostu kryształów ze stopu, podczas odkształcenia plastycznego itp. Dyslokacje granicy o małym kącie przyciągają defekty punktowe z powodu sprężystego oddziaływania z nimi. Migracja granicy niskiego kąta odbywa się tylko przez dyfuzję. Dlatego defekty punktowe, skoncentrowane w strefie przygranicznej w kilku odległościach międzyatomowych, hamują ten proces i stabilizują podstrukturę.

Granice wysokokątowe zostały znalezione znacznie wcześniej niż te o małym kącie i są „najstarszym” rodzajem defektów struktury krystalicznej. Uważa się, że granica o dużym kącie to warstwa o grubości 2-3 atomów, w której atomy zajmują pewne położenia pośrednie w stosunku do prawidłowych położeń miejsc sieci sąsiednich ziaren. Ta pozycja atomów zapewnia minimalną energię potencjalną w warstwie przyściennej, dlatego jest dość stabilna.

Charakter i zachowanie granic o małym i dużym kącie pod wpływem siły i temperatury wpływa na właściwości mechaniczne materiału.

Ćwiczenie

1. Płaszczyzna w krysztale sześciennym odcina segmenty równe a na osiach współrzędnych; 2c; Z. Wyznacz wskaźniki krystalograficzne płaszczyzny (hkl).

2. Zbuduj przestrzenny obraz płaszczyzn (np. sześcianu) za pomocą wskaźników krystalograficznych (110); (111); (112); (321); (1͞10); (͞111); (͞1͞1͞1).

3. Zdefiniuj symbol kierunku przechodzącego przez punkty (0, in/3, s/3).

4. Zbuduj przestrzenny obraz następujących kierunków w sześcianie; ; ; [sto]; ; ; ; ; ; ; [͞111]; ; ; [͞1͞11]; [͞111]; ; [͞1͞1͞1]; ; ...

5. Policz liczbę atomów w komórce i liczbę koordynacyjną dla sieci bcc, fcc i hcp.

Pytania kontrolne

1. Ile typów komórek elementarnych Bravais jest dziś znanych? Które z nich są najbardziej typowe dla metali?

2. Czym są symbole krystalograficzne? Opisz schemat wyznaczania symbolu płaszczyzny atomowej w krysztale.

3. Jakie rodzaje defektów punktowych występują w kryształach? Jakie odległości pokonuje zniekształcenie spowodowane wadą punktową?

4. Jak zmienia się koncentracja wakatów wraz ze wzrostem temperatury?

5. Dlaczego dyslokacje nazywane są defektami liniowymi?

6. Na jakiej podstawie dyslokacje dzielą się na krawędziowe i śrubowe?

7. Co to jest wektor hamburgerów? Jaka jest kardynalność wektora Burgers?

8. Jak skierowany jest wektor Burgersa w stosunku do linii przemieszczeń krawędziowych i śrubowych?

9. Jakie są wady powierzchni?

10. Jakie są właściwości fizyczne kryształu? ciała stałe Czy ma to wpływ na wady struktury krystalicznej?

Praca laboratoryjna nr 2

1 semestr

1. „Analiza struktury krystalicznej metali i stopów” (nr 1, warsztat 2). 2 godz.

2. „Badanie materiałów na twardość” (nr 10, warsztat 2). 1 godz.

3. „Badanie próbek na rozciąganie” (nr 11, warsztat 2; lub „Właściwości mechaniczne materiałów konstrukcyjnych”, osobny plik). 2 godz.

4. „Oznaczanie udarności materiału” (nr 12, warsztat 2). 1 godz.

5. „Analiza fraktograficzna niszczenia materiałów metalicznych” (nr 9, warsztat 2). 1 godz.

6. „Wpływ odkształcenia plastycznego na zimno i temperatury rekrystalizacji na strukturę i właściwości metali” (nr 4, warsztat 1). 2 godz.

7. „Analiza termiczna stopów” (nr 1, warsztat 1). Część 1 - budowa schematu stanu układu „cynk-cyna” metodą termiczną. Część 2 - analiza wykresów stanu stopów dwuskładnikowych: wykonać indywidualne zadanie w punkcie 5 w „Treści raportu”. 2 godz.

8. „Analiza makroskopowa (makroanaliza) struktury materiałów metalicznych” (nr 2, warsztat 2). 1 godz.

9. „Analiza mikroskopowa (mikroanaliza) struktury materiałów metalicznych” (nr 3, warsztat 2). 1 godz.

2 semestr

1 (10). „Analiza mikroskopowa metali i stopów. Struktura stali węglowej „(nr 2, warsztat 1) lub podobna praca nr 7” „Badanie struktury stali węglowych w stanie równowagi metodą mikroanalizy”, warsztat 2). Część praktyczna: studenci przyglądają się budowie czterech stopów żelazo-węgiel za pomocą mikroskopu MIM-7: żelaza technicznego, stopów podeutektoidalnych, eutektoidalnych i nadeutektoidalnych. Wykonują schematyczne szkice, podpisują elementy konstrukcyjne, podają przykładowy gatunek stali, dla stopu podeutektoidalnego zawartość węgla oblicza się ze wzoru. 1 godz. + t. 2 (11). „Schemat stanu żelazo-węgiel. Budowa, właściwości i zastosowanie żeliw „nr 3 z warsztatu 1) lub praca podobna nr 8” „Badanie struktury żeliwa węglowego metodą mikroanalizy” z warsztatu 2). Część praktyczna: studenci przyglądają się na mikroskopie MIM-7 strukturom trzech żeliw: żeliwa szarego z grafitem drobnopłytkowym na podkładzie perlitowym, żeliwa sferoidalnego na podbudowie ferrytowo-perlitowej oraz żeliwa podeutektycznego białego. Niestety nie więcej. Robią też szkice, piszą nazwy żeliw i elementów konstrukcyjnych. 1 godz. + t. 3 (12). „Wpływ szybkości chłodzenia na twardość stali węglowej” nr 20 z warsztatu 2). Część praktyczna: cztery próbki ze stali U8. Jedna jest wyżarzana, druga normalizowana, trzecia jest hartowana w oleju, a czwarta jest hartowana w wodzie. Mierzy się twardość, sporządza się wykres zależności twardości od szybkości chłodzenia. Szybkości chłodzenia są pobierane z tabeli w pracy laboratoryjnej. 2 godz.

4 (13). „Hartowanie stali węglowych” nr 5 z warsztatu 1). Część praktyczna: trzy próbki stali 20, 45, U9 hartowane są w wodzie, jedna próbka stali 45 hartowana jest w oleju. Twardość mierzy się przed (HRB) i po (HRC) hartowaniu. Tabela przeliczeniowa służy do określenia twardości w jednostkach HB. Na podstawie wyników budowane są dwa wykresy: HB = f (% C) i HRC = f (Vcool.). 2 godz. + t.

5 (14). „Wakacje stali” nr 6 z warsztatu 1) lub podobna praca nr 18 „Wakacje stali węglowej” z warsztatu 2). Część praktyczna: wg warsztatu 1) niskie (200°C), średnie (400°C) i wysokie (600°C) odpuszczanie próbek hartowanych ze stali 45 oraz niskie (200°C) odpuszczanie hartowanej próbki ze stali U9 są przeprowadzane. Zmierz twardość. Zbuduj wykres HRC = f (Tamp.). Według warsztatu 2) przeprowadzane jest niskie, średnie i wysokie odpuszczanie próbek hartowanych ze stali U8. 2 godz. + t.

6 (15). „Wyżarzanie i normalizacja stali” nr 7 z warsztatu 1). Część praktyczna: dwie próbki stali 45. Jedną przeprowadza się wyżarzanie izotermiczne, drugą normalizację. 2 godz. + t.

7 (16). „Chemiczna obróbka cieplna stali” nr 8 z warsztatu 1. 1 godz.

8 (17). „Wpływ pierwiastków stopowych na hartowność stali wyznaczoną metodą hartowania końcowego” nr 21 z warsztatu 2. 2 godz.

9 (18). „Klasyfikacja, oznakowanie i wykorzystanie materiałów budowlanych”. Część praktyczna: uczniowie otrzymują kartkę z pięcioma pieczątkami, opisz szczegółowo każdą. 1 godz.

Praca laboratoryjna nr 1

Szukaj materiałów:

Ilość twoich materiałów: 0.

Dodaj 1 materiał

Certyfikat
o tworzeniu portfolio elektronicznego

Dodaj 5 materiałów

Sekret
obecny

Dodaj 10 materiałów

Dyplom za
informatyzacja edukacji

Dodaj 12 materiałów

Recenzja
za dowolny materiał za darmo

Dodaj 15 materiałów

Lekcje wideo
szybko tworzyć efektywne prezentacje

Dodaj 17 materiałów

BUDŻET PAŃSTWA FEDERALNEGO EDUKACYJNY
INSTYTUCJA NAUCZANIA WYŻSZEGO
„PAŃSTWOWY UNIWERSYTET TRANSPORTU WODNEGO WOŁGA”
ODDZIAŁ PERSONALNY
EA Sazonowa
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
ZBIÓR PRAC PRAKTYCZNYCH I LABORATORYJNYCH
zalecenia metodyczne dotyczące wykonania laboratoryjnego i praktycznego
pracuje dla gimnazjalistów kształcenie zawodowe specjalność
26.02.06 „Obsługa okrętowych urządzeń elektrycznych i automatyki”
02.23.01 „Organizacja transportu i zarządzanie transportem” (wg rodzaju)

PERMSKI
2016
Wstęp
Zalecenia metodyczne do pracy laboratoryjnej i praktycznej
na dyscyplinie naukowej „Nauka o materiałach” przeznaczone są dla uczniów szkół średnich
kształcenie zawodowe na specjalności
26.02.06 "Eksploatacja statku"
sprzęt elektryczny i automatyka”
W tym podręcznik metodologiczny instrukcje jak wykonać
wskazano prace praktyczne i laboratoryjne dotyczące tematów danej dyscypliny, tematy i treści
prace laboratoryjne i praktyczne, formularze kontrolne dla każdego tematu i zalecane
literatura.
Zalecenia te przyczyniają się do rozwoju ogólnego i zawodowego
kompetencje, stopniowy i celowy rozwój zdolności poznawczych.
W wyniku opanowania tej dyscypliny akademickiej student powinien umieć:
˗
wykonywać testy mechaniczne próbek materiałów;
˗
stosować metody fizykochemiczne do badania metali;
˗
używać tabel referencyjnych do określania właściwości materiałów;
˗
dobierać materiały do ​​realizacji czynności zawodowych.
W wyniku opanowania tej dyscypliny akademickiej student powinien wiedzieć:
˗
podstawowe właściwości i klasyfikacja materiałów stosowanych w

działalność zawodowa;
˗
nazwa, oznaczenie, właściwości przetwarzanego materiału;
˗
zasady stosowania smarów i materiałów chłodzących;
˗
podstawowe informacje o metalach i stopach;
˗
podstawowe informacje na temat niemetali, amortyzacji,
materiały uszczelniające i elektryczne, stal, ich klasyfikacja.
Laboratorium i praktyczna praca pozwoli Ci wykształcić praktyczne umiejętności
praca, kompetencje zawodowe. Są one włączone w strukturę opracowania oświatowego
dyscyplina „Nauka o materiałach”, po przestudiowaniu tematu: 1.1. „Podstawowe informacje o
metale i stopy”, 1,2” Stopy żelazo-węgiel”, 1,3” Metale i stopy nieżelazne”.
Praca laboratoryjna i praktyczna jest elementem kształcenia
dyscyplinach i są oceniane według kryteriów przedstawionych poniżej:
Ocenę „5” otrzymuje uczeń, jeśli:
˗
temat pracy odpowiada zadanemu, student wykazuje się systemowym i kompletnym
wiedza i umiejętności w tym zakresie;
˗
praca jest oprawiona zgodnie z zaleceniami nauczyciela;
˗
ilość pracy odpowiada podanej;
˗
praca została wykonana dokładnie w wyznaczonym przez nauczyciela terminie.
Ocenę „4” otrzymuje uczeń, jeśli:
˗
tematyka pracy odpowiada podanemu, student przyznaje mało
nieścisłości lub błędy w tej kwestii;
˗
praca jest oprawiona w nieścisłości w projekcie;
˗
ilość pracy odpowiada danej lub nieco mniej;
˗
praca została wykonana w terminie wskazanym przez nauczyciela lub później, ale nie później niż 12
dzień.
Ocenę „3” otrzymuje uczeń, jeśli:
2

temat pracy odpowiada podanemu, ale nie ma żadnych znaczących
elementy treści pracy lub tematy są przedstawione nielogicznie, niewyraźnie przedstawione
główna treść pytania;
˗
praca jest oprawione w błędy projektowe;
˗
ilość pracy jest znacznie mniejsza niż określona;
˗
praca została dostarczona z 56-dniowym opóźnieniem.
Ocenę „2” otrzymuje uczeń, jeśli:
˗
główny temat pracy nie został ujawniony;
˗
praca nie jest oprawiona zgodnie z wymaganiami nauczyciela;
˗
ilość pracy nie odpowiada podanej;
˗
praca została dostarczona z opóźnieniem przekraczającym 7 dni.
Praca laboratoryjna i praktyczna w swojej treści ma pewną
struktura, proponujemy rozważyć to: przebieg pracy jest podany na początku każdego ćwiczenia
i prace laboratoryjne; podczas wykonywania prac praktycznych uczniowie wykonują
zadanie, które jest wskazane na końcu pracy (pozycja „Zadanie dla studentów”); w
wykonanie pracy laboratoryjnej, z jej wykonania sporządzany jest raport, treść raportu
wskazane na końcu pracy laboratoryjnej (paragraf „Treść raportu”).
˗
Podczas wykonywania prac laboratoryjnych i praktycznych studenci wykonują
pewne zasady, rozważ je poniżej: praca laboratoryjna i praktyczna
wykonywane podczas szkoleń; ostateczny projekt dozwolony
praca laboratoryjna i praktyczna w domu; wolno używać
dodatkowa literatura podczas wykonywania prac laboratoryjnych i praktycznych; przód
wykonując pracę laboratoryjną i praktyczną, konieczne jest studiowanie podstaw
teoretyczne przepisy dotyczące rozważanego zagadnienia.
3

Praca praktyczna nr 1
„Właściwości fizyczne metali i metody ich badania”
Cel pracy: badanie właściwości fizycznych metali, metody ich oznaczania.
Postęp:



Część teoretyczna
Właściwości fizyczne obejmują: gęstość, topnienie (temperatura topnienia),
przewodność cieplna, rozszerzalność cieplna.
Gęstość to ilość substancji zawartej w jednostce objętości. To jest jeden z
najważniejsze cechy metali i stopów. Według gęstości metale dzielą się na
następujące grupy: lekka (gęstość nie większa niż 5 g / cm3) magnez, aluminium, tytan itp.
ciężki (gęstość od 5 do 10 g/cm3) żelazo, nikiel, miedź, cynk, cyna itp. (to
najszersza grupa); bardzo ciężki (gęstość powyżej 10 g/cm3) molibden,
wolfram, złoto, ołów itp. Tabela 1 przedstawia wartości gęstości metali.
Tabela 1
metal
Magnez
Aluminium
Tytan
Cynk
Cyna
gęstość g/cm3
Gęstość metali
metal
1,74
2,70
4,50
7,14
7,29
Żelazo
Miedź
Srebro
Prowadzić
Złoto
gęstość g/cm3
7,87
8,94
10,50
11,34
19,32
Temperatura topnienia to temperatura, z której przechodzi metal
stan krystaliczny (stały) w ciecz z absorpcją ciepła.
Temperatury topnienia metali mieszczą się w zakresie od -39°C (rtęć) do 3410°C
(wolfram). Temperatura topnienia większości metali (z wyjątkiem alkaliów)
wysoki, ale niektóre „normalne” metale, takie jak cyna i ołów, mogą
stopić na konwencjonalnej kuchence elektrycznej lub gazowej.
W zależności od temperatury topnienia metal dzieli się na:
grupy: niskotopliwe (temperatura topnienia nie przekracza 600 oС) cynk, cyna,
ołów, bizmut itp .; średniotopliwe (od 600 oС do 1600 oС), obejmują prawie
4

połowa metali, w tym magnez, aluminium, żelazo, nikiel, miedź, złoto;
ogniotrwałe (ponad 1600 oС) wolfram, molibden, tytan, chrom itp.
dodatki metali, temperatura topnienia ma tendencję do obniżania się.
Tabela 2
metal
Cyna
Żelazo
Miedź
Złoto
Tytan
Temperatura topnienia i wrzenia metali
Temperatura oС
topienie
wrzenie
232
1539
1083
1063
1680
2600
2900
2580
2660
3300
metal
Srebro
Magnez
Cynk
Prowadzić
Aluminium
Temperatura oС
topienie
wrzenie
960
650
420
327
660
2180
1100
907
1750
2400
Przewodność cieplna - zdolność metalu do przewodzenia
ciepło po podgrzaniu.
ogrzewanie.
Przewodność elektryczna to zdolność metalu do przewodzenia prądu elektrycznego.
Rozszerzalność cieplna - zdolność metalu do zwiększania swojej objętości, gdy
Gładka powierzchnia metali odbija duży procent światła to zjawisko
zwany metalicznym połyskiem. Jednak w stanie sypkim większość
metale tracą blask; aluminium i magnez zachowują jednak swój połysk
i proszek. Najlepiej odbijającym światło jest z nich aluminium, srebro i pallad
lustra wykonane są z metali. Czasami do robienia luster używa się rodu,
pomimo wyjątkowo wysokiej ceny: ze względu na znacznie wyższą
srebro, a nawet pallad, twardość i odporność chemiczna, warstwa rodu może
być znacznie cieńszy niż srebro.
Metody badawcze w materiałoznawstwie
Główne metody badawcze w metaloznawstwie i materiałoznawstwie
mikrostruktura, mikroskopia elektronowa,
są:
Metody badań rentgenowskich. Rozważ bardziej szczegółowo ich funkcje.
złamać,
makrostruktura,
1. Złamanie jest najłatwiejszym i najtańszym sposobem oceny struktury wewnętrznej
metale. Metoda oceny załamań, pomimo pozornej szorstkości oceny
jakość materiału, jest on dość szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu i
badania naukowe. Ocena złamania może w wielu przypadkach charakteryzować jakość
materiał.
Pęknięcie może być krystaliczne lub amorficzne. Charakterystyczne jest złamanie amorficzne
do materiałów niekrystalicznych takich jak szkło, kalafonia,
szkliste żużle.
Stopy metali, w tym stal, żeliwo, aluminium, magnez
stopy, cynk i jego stopy dają ziarniste, krystaliczne pękanie.
Każda powierzchnia pęknięcia krystalicznego jest płaszczyzną ścinania
pojedyncze ziarno. Dlatego załamanie pokazuje nam wielkość ziarna metalu. Studiowanie załamania
stali widać, że wielkość ziarna może się zmieniać w bardzo szerokim zakresie: od
kilka centymetrów w odlewie, powoli schładzana, stal do tysięcznych
milimetra z odpowiednio kutej i hartowanej stali. W zależności od rozmiaru
ziarna, pęknięcie może być wielkokrystaliczne i drobnokrystaliczne. Zwykle
pęknięcie drobnokrystaliczne odpowiada więcej wysoka jakość metal
stop.
5

Jeżeli zniszczenie próbki testowej następuje od poprzedniego
odkształcenie plastyczne, ziarna w płaszczyźnie pęknięcia są zdeformowane, a pęknięcie nie jest już
odzwierciedla wewnętrzną strukturę krystaliczną metalu; w tym przypadku kink
zwany włóknistym. Często w jednej próbce, w zależności od jej poziomu
plastyczności, w złamaniu mogą znajdować się obszary włókniste i krystaliczne. Często włączony
stosunek obszaru pęknięcia zajmowanego przez obszary krystaliczne w danym
warunki testowe oceniają jakość metalu.
Kruche pękanie krystaliczne może wynikać z pękania wzdłuż granic ziaren
lub wzdłuż płaszczyzn poślizgu przecinających ziarna. W pierwszym przypadku przerwa jest nazywana
międzykrystaliczny, w drugim transkrystaliczny. Czasami, szczególnie z bardzo małymi
ziarna, trudno jest określić charakter pęknięcia. W tym przypadku załamanie jest badane za pomocą szkła powiększającego lub
mikroskop dwuokularowy.
W ostatnim czasie rozwija się dziedzina metaloznawstwa we fraktografii
badanie pęknięć pod mikroskopem metalograficznym i elektronowym. W którym
znaleźć nowe zalety starej metody badawczej w metaloznawstwie
Badania
do takich studiów nad pojęciem fraktala
wymiary.
aplikowanie
złamać,
2. Makrostruktura to kolejna metoda badania metali.
Badania makrostrukturalne polegają na badaniu płaszczyzny przekroju produktu lub
próbka w kierunku wzdłużnym, poprzecznym lub w dowolnym innym kierunku po trawieniu, bez
korzystanie z urządzeń powiększających
Godność
badanie makrostrukturalne polega na tym, że za pomocą tego
metody, można bezpośrednio badać strukturę całego odlewu lub wlewka, kucia,
stemplowanie itp. Dzięki tej metodzie badawczej możesz odkryć wewnętrzne
wady metalu: pęcherze, puste przestrzenie, pęknięcia, wtrącenia żużla, zbadaj
struktury krystalicznej odlewu, w celu zbadania niejednorodności krystalizacji wlewka i jego
niejednorodność chemiczna (likwidacja).
Wsparcie
lupy.
w
lub
Wykorzystując siarkowe odbitki makroprzekrojów na papierze fotograficznym wg Baumana określa się
nierównomierny rozkład siarki w przekroju wlewków. Bardzo ważne Ta metoda
przeprowadził badania w zakresie wykrojów kutych lub stemplowanych dla
określenie prawidłowego kierunku włókien w metalu.
3. Jedną z głównych metod w metalurgii jest mikrostruktura
badanie mikrostruktury metalu na metalografii i elektronice
mikroskopy.
Metoda ta umożliwia badanie mikrostruktury obiektów metalowych o dużej
powiększenia: od 50 do 2000 razy na optycznym mikroskopie metalograficznym oraz od
2 do 200 tysięcy razy na mikroskopie elektronowym. Badania mikrostruktury
produkowane na polerowanych odcinkach. Na nietrawionych cienkich przekrojach obecność
wtrącenia niemetaliczne takie jak tlenki, siarczki, drobne wtrącenia żużlowe
i inne wtrącenia, które znacznie różnią się od charakteru metalu nieszlachetnego.
Na przekrojach trawionych badana jest mikrostruktura metali i stopów. Akwaforta
zwykle produkowane słabe kwasy, zasady lub inne roztwory, w zależności od
z natury metalu cienkiej sekcji. Działanie trawienia polega na tym, że jest inaczej
rozpuszcza różne składniki strukturalne, barwiąc je na różne odcienie lub
zabarwienie. Granice ziaren inne niż roztwór podstawowy są zwykle trawione
różni się od podstawy i wyróżnia się na cienkim przekroju w postaci ciemnych lub jasnych linii.
Widoczne pod mikroskopem wielościany ziaren to przekroje ziaren
powierzchnia cienkiego przekroju. Ponieważ ta sekcja jest losowa i może odbywać się w różnych
odległości od środka każdego pojedynczego ziarna, różnica w rozmiarach wielościanów nie jest
odpowiada rzeczywistym różnicom w wielkości ziarna. Najbliższa wartość
6

rzeczywista wielkość ziarna to największe ziarno.
Podczas trawienia próbki składającej się z jednorodnych ziaren krystalicznych,
na przykład często obserwuje się czysty metal, jednorodny roztwór stały itp.
różnie trawione powierzchnie o różnych ziarnach.
Zjawisko to tłumaczy się tym, że na powierzchni mikrosekcji pojawiają się ziarna, które mają
różne orientacje krystalograficzne, w wyniku których stopień ekspozycji
kwasy dla tych ziaren są różne. Niektóre ziarna wyglądają na błyszczące, inne
mocno wytrawione, ciemnieją. To ciemnienie jest związane z powstawaniem różnych
wyryte postacie, inaczej odbijające promienie świetlne. W przypadku stopów osobno
elementy konstrukcyjne tworzą mikrorelief na powierzchni cienkiego przekroju, który ma
obszary o różnych nachyleniach poszczególnych powierzchni.
Normalne obszary odbijają najwięcej światła i
okazują się najlżejsze. Inne obszary są ciemniejsze. Często kontrast w
obraz struktury słojów kojarzy się nie ze strukturą powierzchni słojów, ale z
ulga na granicach ziaren. Ponadto różne odcienie elementów konstrukcyjnych
może być wynikiem tworzenia się filmów powstałych podczas interakcji
wytrawiacz ze składnikami strukturalnymi.
Za pomocą badania metalograficznego możliwe jest wykonanie wysokiej jakości
identyfikacja składników strukturalnych stopów i ilościowe badanie mikrostruktur
metale
badane
mikrokomponenty struktur, a po drugie, specjalnymi metodami ilościowymi
metalografia.
po pierwsze, przez porównanie
ze znanym
stopy,
oraz
Określa się wielkość ziarna. Metodą oceny wizualnej, polegającej na tym, że
rozważana mikrostruktura, w przybliżeniu szacowana przez punkty skali standardowej
zgodnie z GOST 563968, GOST 564068. Zgodnie z odpowiednimi tabelami, dla każdego punktu
określa się powierzchnię jednego ziarna oraz liczbę ziaren na 1 mm2 i w 1 mm3.
Licząc liczbę ziaren na jednostkę powierzchni cienkiego przekroju przez
odpowiednie formuły. Jeśli S jest obszarem, na którym liczba
ziarna n i M powiększenie mikroskopu, to Średnia wartość ziarna w przekroju powierzchni
Cienka sekcja
Oznaczanie składu fazowego. Skład fazowy stopu jest często oceniany wzrokowo lub
porównując konstrukcję ze standardowymi wagami.
Przybliżoną metodą ilościowego oznaczania składu fazowego może być:
przeprowadzone metodą siecznych z obliczeniem długości segmentów zajmowanych przez różne
Elementy konstrukcyjne. Stosunek tych segmentów odpowiada wolumetrycznemu
zawartość poszczególnych składników.
Metoda punktowa AA Glagoleva. Ta metoda jest przeprowadzana przez ocenę
liczba punktów (punktów przecięcia siatki okularu mikroskopu) spadających na
powierzchnia każdego elementu konstrukcyjnego. Ponadto metodą ilościową
produkcja metalograficzna: określenie wielkości granicy faz i ziaren;
określenie liczby cząstek w objętości; określenie orientacji ziarna w polikrystalicznym
próbki.
4. Elektroniczna
mikroskopia. Duża
w metalografii
badania niedawno znalazły mikroskop elektronowy. Niewątpliwie on
należy do wielkiej przyszłości. Jeśli rozdzielczość mikroskopu optycznego
osiąga wartości 0,00015 mm = 1500 A, wtedy rozdzielczość elektroniczna
mikroskopy osiągają 510 A, tj. kilkaset razy więcej niż optyczny.
oznaczający
Do badania cienkich warstw (replik) wykorzystuje się mikroskop elektronowy,
pobrane z powierzchni cienkiego przekroju lub bezpośrednie badanie cienkiego metalu
filmy uzyskane przez pocienienie masywnej próbki.
7

Najbardziej potrzebujący mikroskopii elektronowej
badania procesów związanych z uwalnianiem nadmiaru faz, np. rozpadu
przesycone roztwory stałe podczas starzenia termicznego lub naprężeń.
5. Metody badań rentgenowskich. Jedna z najważniejszych metod w
ustalenie struktury krystalograficznej różnych metali i stopów jest
Rentgenowska analiza strukturalna. Ta metoda badawcza umożliwia określenie:
charakter wzajemnego ułożenia atomów w ciałach krystalicznych, tj. Aby rozwiązać zadanie,
niedostępne dla mikroskopu konwencjonalnego lub elektronowego.
Rentgenowska analiza strukturalna opiera się na interakcji między
Promienie rentgenowskie i leżące na ich drodze atomy badanego ciała, dzięki
do których te ostatnie stają się niejako nowymi źródłami promieni rentgenowskich,
będące centrami ich rozproszenia.
Rozpraszanie promieni przez atomy można porównać do odbicia tych promieni od atomu
płaszczyzny kryształów zgodnie z prawami optyki geometrycznej.
Promienie X odbijają się nie tylko od leżących na nich samolotów
powierzchni, ale także z głębi. Odzwierciedlając od kilku jednakowo zorientowanych
samoloty, odbita wiązka jest wzmacniana. Każda płaszczyzna sieci krystalicznej
daje własną wiązkę odbitych fal. Otrzymawszy pewną zmianę odbitych
wiązki promieni rentgenowskich pod pewnymi kątami, obliczyć międzypłaszczyznowe
odległość, wskaźniki krystalograficzne płaszczyzn odbijających, ostatecznie,
kształt i wielkość sieci krystalicznej.
Część praktyczna
Treść raportu.
1. W raporcie należy wskazać tytuł i cel pracy.
2. Wymień podstawowe właściwości fizyczne metali (wraz z definicjami).
3. Zapisz Tabelę 12 w notatniku. Wyciągnij wnioski z tabel.
4. Wypełnij tabelę: „Podstawowe metody badawcze w materiałoznawstwie”.
Nazwa metody
Co jest badane
Esencja metody
Urządzenia,
na badania
konieczne
Złamać
Makrostruktura
Mikrostruktura
Elektroniczny
mikroskopia
promienie rentgenowskie
metody badawcze
8

Praca praktyczna numer 2
Temat: „Odkrywanie diagramów stanów”
Cel pracy: zapoznanie studentów z głównymi typami diagramów stanów,
ich główne linie, punkty, ich znaczenie.
Postęp:
1. Poznaj część teoretyczną.

Część teoretyczna
Diagram stanu to obraz graficzny fortuny
dowolny stop badanego układu, w zależności od stężenia i temperatury (patrz rys.
1)
9

Rys. 1 Diagram stanu
Diagramy stanów pokazują stany ustalone, tj. stwierdza, że
w tych warunkach mają minimum Darmowa energia i dlatego też jest
nazywa się diagramem równowagi, ponieważ pokazuje, które w danych warunkach
istnieją fazy równowagi.
Konstrukcja diagramów stanów jest najczęściej wykonywana za pomocą
Analiza termiczna. W rezultacie otrzymuje się szereg krzywych chłodzenia, w których przy
w temperaturach przemian fazowych, punktach przegięcia i temperaturze
zatrzymać.
Temperatury odpowiadające przemianom fazowym nazywane są krytycznymi.
kropki. Niektóre punkt krytyczny mieć nazwy, na przykład punkty odpowiadające
początek krystalizacji nazywamy punktami likwidusu, a koniec krystalizacji nazywamy
solidus.
Krzywe chłodzenia służą do budowy diagramu składu we współrzędnych: wzdłuż osi odciętej
koncentracja składników, temperatura na osi rzędnych. Skala stężenia pokazuje
zawartość składnika B. Główne linie to linie likwidus (1) i solidus
(2), a także linie odpowiadające przemianom fazowym w stanie stałym (3, 4).
Wykres fazowy może służyć do wyznaczania temperatur przemian fazowych,
zmiana składu fazowego, w przybliżeniu, właściwości stopu, rodzaje przetwarzania, które
może być stosowany do stopowania.
Poniżej znajdują się różne typy diagramów stanu:
10

Rys. 2. Schemat stanu stopów o nieograniczonej rozpuszczalności
składniki w stanie stałym (a); krzywe chłodzenia typowych
stopy (b)
Analiza otrzymanego diagramu (rys. 2).
1. Liczba składników: K = 2 (składniki A i B).
2. Liczba faz: f = 2 (faza ciekła L, kryształy roztworu stałego
3. Główne linie schematu:


acb - linia likwidus, powyżej tej linii stopy są w stanie ciekłym;
adb - linia solidus, poniżej tej linii stopy są w stanie stałym.
Rys. 3. Diagram stanów stopów bez rozpuszczalności składników w
ciało stałe (a) i krzywe chłodzenia stopów (b)
Analiza diagramu stanów (rys. 3).

2. Liczba faz: f = 3 (kryształy składnika A, kryształy składnika B, faza ciekła).
3. Główne linie schematu:


11


linia solidus ecf, równoległa do osi stężenia zmierza do osi składników, ale
nie dociera do nich;
Ryż. 4. Schemat stanu stopów o ograniczonej rozpuszczalności składników w
ciało stałe (a) i krzywe chłodzenia typowych stopów (b)
Analiza diagramu stanów (rys. 4).
1. Liczba składników: K = 2 (składniki A i B);
2. Liczba faz: f = 3 (faza ciekła i kryształy roztworów stałych
B w składniku A) i
(roztwór składnika A w składniku B));
(rozwiązanie komponentowe
3. Główne linie schematu:




linia likwidus acb, składa się z dwóch zbiegających się w jednym punkcie rozgałęzień;
solidus line adcfb, składa się z trzech sekcji;
dm jest linią granicznego stężenia składnika B w składniku A;
fn jest linią granicznego stężenia składnika A w składniku B.
Część praktyczna
Zadanie dla studentów:
1. Zapisz tytuł pracy i jej cel.
2. Zapisz, czym jest diagram stanu.
Odpowiedz na pytania:
1. Jak zbudowany jest diagram stanów?
2. Co można określić na podstawie diagramu stanów?
3. Jakie są nazwy głównych punktów diagramu?
4. Co jest wskazane na wykresie wzdłuż odciętej? Oś Y?
5. Jak nazywają się główne linie diagramu?
Przydział według opcji:
Uczniowie odpowiadają na te same pytania, rysunki różnią się w zależności od
którzy muszą odpowiedzieć. Wariant 1 daje odpowiedzi na wykres 2, Wariant 2 daje odpowiedzi na:
Rysunek 3, opcja 3 daje odpowiedzi na Rysunek 4. Rysunek musi być zapisany w zeszycie.
1. Jak nazywa się schemat?
2. Jakie składniki biorą udział w powstawaniu stopu?
12

3. Jakie litery reprezentują główne linie diagramu?
Praca praktyczna numer 3
Temat: „Badanie żeliwa”

żeliwa; tworzenie umiejętności rozszyfrowania gatunków żeliwa.
Postęp:


Część teoretyczna
Żeliwo różni się od stali: jego skład ma wyższą zawartość węgla i
zanieczyszczenia; według właściwości technologicznych, wyższe właściwości odlewnicze, niskie
zdolność do odkształceń plastycznych, prawie nigdy nie stosowana w konstrukcjach spawanych.
W zależności od stanu węgla w żeliwie rozróżnia się: żeliwo białe -
węgiel w stan związany w postaci cementytu, w pęknięciu ma kolor biały i
metaliczny połysk; żeliwo szare – cały lub większość węgla jest w
w stanie swobodnym w postaci grafitu, a w stanie związanym nie więcej niż 0,8
% węgla. Ze względu na dużą ilość grafitu jego pęknięcie jest koloru szarego;
połowa - część węgla jest w stanie wolnym w postaci grafitu, ale
nie mniej niż 2% węgla występuje w postaci cementytu. Niewiele jest używane w technologii.
W zależności od postaci grafitu i warunków jego powstawania rozróżnia się:
grupy żeliwne: szare z grafitem płytkowym; wysoka wytrzymałość z kulistym
grafit; plastyczny z grafitem łuszczącym się.
Wtrącenia grafitu można uznać za odpowiadające kształtowi pustej przestrzeni
w strukturze żeliwa. W pobliżu takich defektów podczas ładowania koncentrują się naprężenia,
którego wartość jest większa, tym ostrzejsza wada. Stąd wynika, że ​​grafit
wtrącenia płytkowe maksymalnie zmiękczają metal. Jeszcze
łuszczący się kształt jest korzystny, a kulisty kształt grafitu jest optymalny.
W ten sam sposób plastyczność zależy od kształtu. Najbardziej dramatyczna jest obecność grafitu
zmniejsza opór w przypadku twardych metod obciążania: uderzenie; złamać. Opór
kompresja nieco się zmniejsza.
Żeliwo szare
Żeliwo szare jest szeroko stosowane w inżynierii mechanicznej, ponieważ jest łatwe
przetworzone i ma dobre właściwości. W zależności od siły, szary
żeliwo dzieli się na 10 gatunków (GOST 1412).
Żeliwa szare o niskiej wytrzymałości na rozciąganie mają wystarczająco wysoką
odporność na ściskanie. Struktura metalowej bazy zależy od ilości węgla i
krzem.
Biorąc pod uwagę niską odporność odlewów z żeliwa szarego na rozciąganie i
obciążenia udarowe, użyj tego materiału do części, które
są poddawane obciążeniom ściskającym lub zginającym. W budowie obrabiarek są to podstawowe,
części nadwozia, wsporniki, koła zębate, prowadnice; w blokach przemysłu motoryzacyjnego
cylindry, pierścienie tłokowe, wałki rozrządu, tarcze sprzęgła. Odlewy z
żeliwo szare stosuje się również w elektrotechnice, do produkcji towarów
konsumpcja konsumencka.
Znakowanie żeliwa szarego: oznaczone indeksem СЧ (żeliwo szare) i liczbą,
który pokazuje wartość wytrzymałości na rozciąganie pomnożoną przez 101.
13

Na przykład: SCH 10 - żeliwo szare, wytrzymałość na rozciąganie 100 MPa.
Żeliwo ciągliwe
Dobre właściwości odlewów są zapewnione, jeśli podczas krystalizacji i
Chłodzenie odlewów w formie nie następuje w procesie grafityzacji. Do
zapobiegać grafityzacji, żeliwa muszą mieć obniżoną zawartość węgla i
krzem.
Występuje 7 gatunków żeliwa ciągliwego: trzy z ferrytycznym (KCH 30 6) i cztery z
baza perlitowa (KCH 65 3) (GOST 1215).
Pod względem właściwości mechanicznych i technologicznych żeliwo sferoidalne zajmuje
pozycja pośrednia między żeliwem szarym i stalą. Wada żeliwa sferoidalnego
w porównaniu z wysoką wytrzymałością jest ograniczenie grubości ścianki odlewu i
potrzeba wyżarzania.
Odlewy z żeliwa sferoidalnego są używane do części pracujących pod wpływem wstrząsów i
obciążenia wibracyjne.
Z żeliwa ferrytycznego wykonuje się obudowy przekładni, piasty, haki, wsporniki,
zaciski, złączki, kołnierze.
Z żeliw perlitycznych, charakteryzujących się dużą wytrzymałością, wystarczająca
plastyczność, wykonane są widły wałów Cardana, ogniwa i rolki łańcuchów przenośników,
klocki hamulcowe.
Znakowanie żeliwa ciągliwego: oznaczone indeksem KCH (żeliwo ciągliwe) i
liczby. Pierwsza liczba to wytrzymałość na rozciąganie pomnożona przez
101, druga liczba to wydłużenie.
Na przykład: KCH 306 - żeliwo sferoidalne, wytrzymałość na rozciąganie 300MPa,
wydłużenie 6%.
Ciągliwy metal
Żeliwa te są otrzymywane z żeliw szarych w wyniku modyfikacji magnezem lub
cer. W porównaniu z żeliwem szarym właściwości mechaniczne są lepsze, to
spowodowane brakiem nierównomiernego rozkładu naprężeń ze względu na kulisty
formy grafitu.
Te żeliwa charakteryzują się dużą płynnością, skurczem liniowym około 1%.
Naprężenia odlewnicze w odlewach są nieco wyższe niż w przypadku żeliwa szarego. Izza
wysoki moduł sprężystości, dostatecznie wysoka skrawalność. Posiadać
zadowalająca spawalność.
Odlewy cienkościenne (pierścienie tłokowe) wykonane są z żeliwa o dużej wytrzymałości,
kucie młoty, łoża i ramy pras i walcarek, formy,
uchwyty narzędziowe, płyty czołowe.
Odlewy wałów korbowych o masie do 2,3 t zamiast wałów stalowych kutych,
mają wyższą lepkość cykliczną, są niewrażliwe na
zewnętrzny
koncentratory naprężeń, mają lepsze właściwości przeciwcierne i
znacznie taniej.
Znakowanie żeliwa sferoidalnego: wskazane przez indeks HF (sferoidalny
żeliwa) oraz liczbę wskazującą wartość wytrzymałości na rozciąganie pomnożoną przez 101.
Na przykład: VCh 50 - żeliwo sferoidalne o najwyższej wytrzymałości na rozciąganie
500 MPa.
Zadanie dla studentów:
1. Zapisz tytuł pracy, jej cel.
Część praktyczna
14

2. Opisać produkcję surówki.
3. Wypełnij tabelę:
Właściwości żeliwa
Znakowanie żeliwa
Aplikacja żeliwna
Nazwa żeliwa
1. Żeliwa szare
2 żelazka plastyczne
3. Wysoka wytrzymałość
żeliwa
Temat: „Badanie stali konstrukcyjnych węglowych i stopowych”
Praca praktyczna numer 4
Cel pracy: zapoznanie studentów z oceną i zakresem
dekodowanie znakowania
modelacja
umiejętności
stale;
strukturalny
stale konstrukcyjne.
Postęp:
1. Zapoznaj się z częścią teoretyczną.
2. Wypełnij zadania z części praktycznej.
Część teoretyczna
Stal to stop żelaza z węglem, w którym węgiel zawarty jest w ilości 0
2,14%. Najpopularniejszymi materiałami są stale. Mieć dobry

ciąć.

skład i rodzaj przetwarzania.



podzielone na stale:
˗
Jakość zwykła, zawartość do 0,06% siarki i do 0,07% fosforu.
˗
Jakość do 0,035% siarki i fosforu osobno.
˗
Wysoka jakość do 0,025% siarki i fosforu.
˗
Szczególnie wysoka jakość, do 0,025% fosforu i do 0,015% siarki.
Odtlenianie to proces usuwania tlenu ze stali, to znaczy w zależności od stopnia jej
odtlenianie, istnieją: spokojne stale, to znaczy całkowicie odtlenione; taka stal
oznaczone literami „cn” na końcu znaczka (czasami litery są pomijane); wrzące stale -
lekko odtleniony; oznaczone literami „kp”; zajmowanie pół-martwych stali
pozycja pośrednia między dwoma poprzednimi; oznaczone literami „ps”.
Stal zwykłej jakości jest również podzielona według dostaw na 3 grupy: stal
grupa A jest dostarczana konsumentom pod względem właściwości mechanicznych (taka stalowa puszka)
mają wysoką zawartość siarki lub fosforu); stal z grupy B - chemicznie
kompozycja; stal grupy B - o gwarantowanych właściwościach mechanicznych i chemicznych
kompozycja.
Stale konstrukcyjne przeznaczone są do produkcji konstrukcji, części maszyn
i urządzenia.




A więc w Rosji i krajach WNP (Ukraina, Kazachstan, Białoruś itp.)
alfanumeryczny system oznaczania gatunków stali i
15

˗
Pokój.
˗
stają się.
˗
stal nie jest kładziona.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
˗
stopy, gdzie według GOST litery umownie oznaczają nazwy pierwiastków i metod
wytop stali i w liczbach
- zawartość elementów. Do teraz
międzynarodowe organizacje normalizacyjne nie opracowały ujednoliconego systemu etykietowania
stale.
Znakowanie konstrukcyjnych stali węglowych
zwykła jakość
Oznaczony zgodnie z GOST 38094 literami „St” i warunkowym numerem marki (od 0 do 6) w
w zależności od składu chemicznego i właściwości mechanicznych.
Im wyższa zawartość węgla i właściwości wytrzymałościowe stali, tym więcej
Litera „G” po numerze marki wskazuje na zwiększoną zawartość manganu w
Grupa stalowa jest wskazana przed marką, a grupa „A” w oznaczeniu marki
Aby wskazać kategorię stali, numer na końcu jest dodawany do oznaczenia gatunku
odpowiadającej kategorii, pierwsza kategoria zwykle nie jest wskazana.
Na przykład:
˗
Stal węglowa St1kp2 zwykła, wrząca, gatunek nr 1,
druga kategoria, dostarczana konsumentom według właściwości mechanicznych (grupa A);
Stal węglowa VSt5G zwykłej jakości o podwyższonej
zawartość manganu, spokój, ocena nr 5, pierwsza kategoria z gwarancją
właściwości mechaniczne i skład chemiczny(grupa B);
Stal węglowa ВСт0 zwykłej jakości, gatunek 0, grupa B,
pierwsza kategoria (gatunki stali St0 i Bst0 nie są podzielone ze względu na stopień odtlenienia).
Znakowanie jakościowych konstrukcyjnych stali węglowych
Zgodnie z GOST 105088 stale te są oznaczone numerami dwucyfrowymi,
pokazujący średnią zawartość węgla w setnych częściach procenta: 05; 08; 10; 25;
40, 45 itd.
˗
W przypadku stali w stanie spoczynku na końcu ich nazw nie dodaje się żadnych liter.
Na przykład 08kp, 10ps, 15, 18kp, 20 itd.
˗
Litera G w gatunku stali wskazuje na wysoką zawartość manganu.
Na przykład: 14G, 18G itp.
˗
Najpopularniejsza grupa do produkcji części maszyn (wały, osie,
tuleje, koła zębate itp.)
Na przykład:
˗
10 - stal konstrukcyjna węglowa gatunkowa, z zawartością węgla
około 0,1%, spokój
około 0,45%, spokój
45 - stal konstrukcyjna węglowa gatunkowa, z zawartością węgla
18 kp - konstrukcyjna stal węglowa zawierająca
węgiel około 0,18%, gotowanie
˗
14G - konstrukcyjna stal węglowa z zawartością węgla
ok. 0,14%, spokojne, z dużą zawartością manganu.
Znakowanie stali konstrukcyjnych stopowych
˗
Zgodnie z GOST 454371 nazwy takich stali składają się z cyfr i liter.
˗
Pierwsze cyfry marki oznaczają średnią zawartość węgla w stali w setnych częściach
ułamki procenta.
˗
Litery wskazują główne pierwiastki stopowe zawarte w stali.
˗
Liczby po każdej literze wskazują przybliżoną odsetek
odpowiedniego pierwiastka, w zaokrągleniu do najbliższej liczby całkowitej, z zawartością stopu
16

˗
˗
˗
˗
˗
˗
Znakowanie innych grup stali konstrukcyjnych
Stal sprężynowa.
˗
Główną cechą wyróżniającą te stale jest to, że zawartość węgla w nich musi
wynosić około 0,8% (w tym przypadku w stali pojawiają się właściwości sprężyste)
Sprężyny i sprężyny są wykonane z węgla (65,70,75,80) i stopu
(65S2, 50HGS, 60S2HFA, 55HGR) stali konstrukcyjnych
Stale te są stopowane z pierwiastkami zwiększającymi granicę sprężystości - krzemem,
mangan, chrom, wolfram, wanad, bor
Na przykład: 60S2 - konstrukcyjna stal węglowa sprężynująca z
zawartość węgla około 0,65%, krzem około 2%.
GOST 80178 jest oznaczony literami „ШХ”, po których wskazana jest zawartość
Stale łożyskowe
˗
chrom w dziesiątych częściach procenta.
W przypadku stali poddanych przetapianiu elektrożużlowemu dodaje się literę Ш
również na końcu ich nazw, oddzielonych myślnikiem.
Na przykład: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4Ш.
˗
Służą do wykonywania części do łożysk, służą również do produkcji
części pracujące pod dużym obciążeniem.
Na przykład: ШХ15 - łożysko kulkowe ze stali konstrukcyjnej zawierające
węgiel 1%, chrom 1,5%
˗
GOST 141475 zaczyna się od litery A (automatycznie).
˗
Jeśli stal jest stopiona ołowiem, to jej nazwa zaczyna się od liter
Stale automatyczne
Klimatyzacja.
element do 1,5%, liczba za odpowiednią literą nie jest wskazana.
Litera A na końcu gatunku wskazuje, że stal jest wysokiej jakości (z
niska zawartość siarki i fosforu)
˗
H - nikiel, X - chrom, K - kobalt, M - molibden, B - wolfram, T - tytan, D
- miedź, G - mangan, C - krzem.
Na przykład:
˗
12Х2Н4А - konstrukcyjna stal stopowa, wysokiej jakości, z
zawartość węgla około 0,12%, chrom około 2%, nikiel około 4%
40ХН - konstrukcyjna stal stopowa, o zawartości węgla około 0,4%,
chrom i nikiel do 1,5%
Aby odzwierciedlić zawartość innych pierwiastków w stalach, to samo
zasady jak dla stali konstrukcyjnych stopowych. Na przykład: A20, A40G, AC14,
AS38HGM
Na przykład: АС40 - automatyczna stal konstrukcyjna z zawartością węgla
0,4%, ołów 0,150,3% (nieokreślony w marce)
Część praktyczna
Zadanie dla studentów:

2. Zapisz główne oznakowania wszystkich grup stali konstrukcyjnych
(zwykła jakość, stale wysokiej jakości, stale konstrukcyjne stopowe,
sprężynowy
stale, stale na łożyska kulkowe, stale automatyczne), z
przykłady.
Przydział według opcji:
1.
Odszyfruj gatunki stali i zapisz obszar zastosowania konkretnego
marka (czyli do czego jest przeznaczona do produkcji)
17

Lp. Zadanie dla opcji 1
St0
1
BST3Gps
2
08
3
40
4
18Х2Н4МА
5
30HGSA
6
70
7
55S2A
8
9
50HFA
10 4Ш
11
A40
Zadanie dla opcji 2
St3
VSt3ps
10
45
12ХН3А
38HMYUA
85
60S2X2
55S2
SHX20
A11
Praca praktyczna numer 5
Temat: „Badanie stali narzędziowych węglowych i stopowych”
Cel pracy: zapoznanie studentów z oceną i zakresem
dekodowanie znakowania
modelacja
umiejętności
strukturalny
stale konstrukcyjne.
stale;
Postęp:
1. Zapoznaj się z częścią teoretyczną.
2. Uzupełnij zadanie z części praktycznej.
Stal to stop żelaza z węglem, w którym węgiel zawarty jest w ilości 0
Część teoretyczna
2,14%.
Najpopularniejszymi materiałami są stale. Mieć dobry
właściwości technologiczne. Produkty są uzyskiwane w wyniku obróbki ciśnieniowej i
ciąć.
Zaletą jest możliwość uzyskania pożądanego zestawu właściwości poprzez zmianę
skład i rodzaj przetwarzania.
W zależności od przeznaczenia stale dzielą się na 3 grupy: konstrukcyjne,
stal instrumentalna i specjalna.
Jakość w zależności od zawartości szkodliwych zanieczyszczeń: stal siarkowa i fosforowa
z podziałem na: stale o jakości zwykłej, o zawartości siarki do 0,06% i do 0,07%
fosfor; wysokiej jakości do 0,035% siarki i fosforu osobno;
wysoka jakość do 0,025% siarki i fosforu; szczególnie wysoka jakość, do 0,025%
fosfor i do 0,015% siarki.
Stale narzędziowe przeznaczone są do produkcji różnych narzędzi,
zarówno do obróbki ręcznej jak i mechanicznej.
Dostępność szerokiej gamy produkowanych stali i stopów wyprodukowanych w
różnych krajów, jednak do tej pory konieczne było ich zidentyfikowanie
czasu nie ma jednego systemu znakowania stali i stopów, co tworzy
pewne trudności dla handlu metalami.
Znakowanie stali narzędziowych węglowych
˗
Te stale zgodnie z GOST 143590 są podzielone na wysokiej jakości i
wysoka jakość.
18

Stale jakościowe są oznaczone literą U (węgiel) i liczbą wskazującą
średnia zawartość węgla w stali, w dziesiątych procentach.
Na przykład: U7, U8, U9, U10. U7 - stal narzędziowa węglowa z
zawartość węgla około 0,7%
Litera A jest dodawana do oznaczenia stali wysokiej jakości (U8A, U12A i
itp.). Ponadto w oznaczeniach zarówno wysokiej jakości, jak i wysokiej jakości
węglowe stale narzędziowe, litera G może być obecna, wskazując
zwiększona zawartość manganu w stali.
Na przykład: U8G, U8GA. U8A - stal narzędziowa węglowa z
zawartość węgla około 0,8%, wysoka jakość.
Tworzą narzędzie do pracy ręcznej (dłuto, punktak, rysik itp.),
praca mechaniczna przy niskich prędkościach (wiertnice).
Znakowanie stali narzędziowych stopowych
Zasady oznaczania narzędziowych stali stopowych zgodnie z GOST 595073 in
zasadniczo taki sam jak w przypadku stopu konstrukcyjnego.
Różnica polega tylko na liczbach oznaczających ułamek masowy węgla w
stają się.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
Procent węgla jest również wskazany na początku nazwy.
stal, w dziesiątych częściach procenta, a nie w setnych, jak w przypadku stopu konstrukcyjnego
stale.
˗
Jeżeli w narzędziowej stali stopowej zawartość węgla wynosi
około 1,0%, wówczas odpowiednia liczba na początku jej nazwy zwykle nie jest wskazana.
Podajmy przykłady: stal 4X2V5MF, KhVG, KhVCh.
˗
9Х5ВФ - stal narzędziowa stopowa, o zawartości węgla około
0,9%, chrom około 5%, wanad i wolfram do 1%
Znakowanie wysokostopowe (szybkie)
stale narzędziowe
Oznaczony literą „P”, poniższa liczba wskazuje procent
zawartość w nim wolframu: W przeciwieństwie do stali stopowych w nazwach
stale szybkotnące nie wskazują procentowej zawartości chromu, ponieważ to wynosi
około 4% we wszystkich stalach i węglu (jest proporcjonalny do zawartości wanadu).
˗
Litera F, wskazująca na obecność wanadu, jest wskazana tylko wtedy, gdy
zawartość wanadu przekracza 2,5%.
Na przykład: R6M5, R18, R6 M5F3.
˗
Zwykle z tych stali wykonuje się wysokowydajne narzędzia: wiertła,
noże itp. (w celu obniżenia kosztów tylko część robocza)
Np.: R6M5K2 - stal szybkotnąca, o zawartości węgla ok. 1%,
wolfram około 6%, chrom około 4%, wanad do 2,5%, molibden około 5%, kobalt
około 2%.
Część praktyczna
Zadanie dla studentów:
1. Zapisz tytuł pracy, jej cel.
2. Wypisz podstawowe zasady znakowania wszystkich grup stali narzędziowych
(węglowe, stopowe, wysokostopowe)
Przydział według opcji:
1. Odszyfruj gatunki stali i zapisz obszar zastosowania danego gatunku
(tj. co jest przeznaczone do produkcji).
19

Lp. Zadanie dla opcji 1
1
2
3
4
5
6
U8
U13A
x
HVSG
P18
R6M5
Zadanie dla opcji 2
U9
U8A
9XC
CVH
P6
R6M5F3
Praca praktyczna numer 6
Temat: „Badanie stopów na bazie miedzi: mosiądz, brąz”
Cel pracy: zapoznanie studentów z oceną i zakresem
metale nieżelazne - miedź i oparte na niej stopy: mosiądz i brąz; modelacja
umiejętność rozszyfrowania oznaczeń mosiądzu i brązu.
Zalecenia dla studentów: przed rozpoczęciem zajęć praktycznych
części zadania, uważnie zapoznaj się z zapisami teoretycznymi, a także wykładami
w Twoim zeszyt ćwiczeń w tym temacie.
Postęp:
1. Zapoznaj się z częścią teoretyczną.
2. Uzupełnij zadanie z części praktycznej.
Część teoretyczna
Mosiądz
Mosiądz może zawierać do 45% cynku. Ulepszanie treści
cynk do 45% prowadzi do wzrostu wytrzymałości do 450 MPa. Maksymalny
plastyczność ma miejsce przy zawartości cynku około 37%.
Zgodnie z metodą wytwarzania produktów rozróżnia się mosiądz odkształcalny i odlewniczy.
Mosiądze odkształcalne są oznaczone literą L i numerem,
pokazujący procent miedzi, np. mosiądz L62 zawiera 62% miedzi
i 38% cynku. Jeśli oprócz miedzi i cynku są inne pierwiastki, to są one umieszczane
początkowe litery (O cyna, C ołów, F żelazo, P fosfor, Mts mangan, A
aluminium, cynk cynk).
Liczbę tych elementów wskazują odpowiednie liczby po liczbie,
pokazujący zawartość miedzi np. stop LAZh6011 zawiera 60% miedzi, 1%
aluminium, 1% żelaza i 38% cynku.
Mosiądze mają dobrą odporność na korozję, którą można poprawić
dodatkowo z dodatkiem cyny. Mosiądz LO70 1 odporny na korozję w wodzie morskiej
20

i nazywa się „mosiądz morski”. Dodatek niklu i żelaza zwiększa właściwości mechaniczne
wytrzymałość do 550 MPa.
Mosiądze odlewane są również oznaczane literą L, po oznaczeniu literowym
umieszcza się główny pierwiastek stopowy (cynk) i każdą kolejną liczbę,
wskazując jego średnią zawartość w stopie. Na przykład mosiądz ЛЦ23А6Ж3МЦ2
zawiera 23% cynku, 6% aluminium, 3% żelaza, 2% manganu. Najlepsze
mosiądz marki LTs16K4 posiada płynność. Mosiądze odlewnicze obejmują mosiądze
wpisz ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМЦ. Odlewane mosiądze nie są podatne na likwidację, mają
skoncentrowany skurcz, odlewy uzyskuje się o dużej gęstości.
Mosiądz jest dobrym materiałem na konstrukcje pracujące pod
ujemne temperatury.
Stopy miedzi z pierwiastkami innymi niż cynk nazywane są brązami. Brązowy
Brązowy
dzielą się na kute i odlewane.
Przy oznaczaniu brązów odkształcalnych na pierwszym miejscu umieszcza się litery Br, a następnie
litery wskazujące, które pierwiastki inne niż miedź wchodzą w skład stopu. Po literach idą
liczby pokazujące zawartość składników w pływaku. Na przykład marka BROF101
oznacza, że ​​brąz zawiera 10% cyny, 1% fosforu, reszta to miedź.
Odlane brązy również zaczynają się od liter Br, a następnie wskazują
umieszcza się oznaczenia literowe pierwiastków stopowych oraz liczbę wskazującą na to
średnia zawartość w stopie. Na przykład brąz BrO3Ts12S5 zawiera 3% cyny, 12
% cynku, 5% ołowiu, reszta to miedź.
Brązy cynowe Po stopieniu miedzi i cyny powstają stałe roztwory. Te
stopy są bardzo podatne na segregację ze względu na duży zakres temperatur
krystalizacja. Ze względu na segregację stopy o zawartości cyny powyżej 5% są
korzystne dla części takich jak łożyska ślizgowe: miękka faza zapewnia
dobre docieranie, cząstki stałe zapewniają odporność na zużycie. Więc
brązy cynowe są dobrymi materiałami przeciwciernymi.
Brązy cynowe mają niski skurcz objętościowy (około 0,8%), dlatego
stosowany w odlewach artystycznych. Obecność fosforu zapewnia dobre
płynność. Brązy cynowe dzielą się na kute i odlewane.
W brązach odkształcalnych zawartość cyny nie powinna przekraczać 6%, dla
zapewnienie wymaganej plastyczności, BrOF6,50,15. W zależności od składu
brązy odkształcalne wyróżniają się wysoką odpornością mechaniczną, antykorozyjną,
właściwości przeciwcierne i elastyczne oraz znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu
przemysł. Z tych stopów wykonane są pręty, rury, taśmy, druty.
Część praktyczna
Zadanie dla studentów:
1. Zapisz tytuł i cel pracy.
2. Wypełnij tabelę:
Nazwa
stop, jego
definicja
Główny
nieruchomości
stop
Przykład
znakowania
Odszyfrowywanie
znaczki pocztowe
Region
podanie
21

Praca praktyczna numer 7
Temat: „Badanie stopów aluminium”
Cel pracy: zapoznanie studentów z oceną i zakresem
metale nieżelazne - aluminium i oparte na nim stopy; badanie funkcji aplikacji
stopy aluminium w zależności od ich składu.
Rekomendacje dla studentów:
przed kontynuowaniem
praktyczną część zadania, uważnie przeczytaj teoretyczne zapisy i
Zobacz także wykłady w swoim skoroszycie na ten temat.
Postęp:
1. Zapoznaj się z częścią teoretyczną.
2. Uzupełnij zadanie z części praktycznej.
Część teoretyczna
Zasada znakowania stopów aluminium. Na początku wskazany jest rodzaj stopu: D
stopy typu duraluminium; I techniczne aluminium; AK z plastycznego aluminium
stopy; W stopach o wysokiej wytrzymałości; Stopy odlewnicze AL.
Ponadto wskazana jest warunkowa liczba stopu. Po liczbie warunkowej następuje
oznaczenie charakteryzujące stan stopu: M miękki (wyżarzony); T
poddane obróbce termicznej (hartowanie i starzenie); N obrabiane na zimno; P -
półstandaryzowane.
Ze względu na właściwości technologiczne stopy dzielą się na trzy grupy: kute
stopy nieutwardzone przez obróbkę cieplną; stopy do obróbki plastycznej, utwardzalne
obróbka cieplna; stopy odlewnicze. Metody metalurgii proszków
produkujemy spiekane stopy aluminium (SAS) i spiekany proszek aluminiowy,
stopy (SAP).
Stopy odlewane plastycznie nieutwardzane przez obróbkę cieplną.
Wytrzymałość aluminium można zwiększyć przez dodanie stopu. W stopy nieutwardzone
obróbka cieplna, wprowadzić mangan lub magnez. Atomy tych pierwiastków to zasadniczo
zwiększyć jego wytrzymałość, zmniejszając plastyczność. Wskazane stopy: z manganem AMts,
z magnezem AMg; po oznaczeniu pierwiastka wskazuje się jego zawartość (AMg3).
Magnez działa tylko jako utwardzacz, mangan twardnieje i zwiększa się
odporność na korozję. Wytrzymałość stopów wzrasta dopiero w wyniku odkształcenia
w stanie zimnym. Im większy stopień odkształcenia, tym bardziej rośnie
22

zmniejsza się wytrzymałość i plastyczność. W zależności od stopnia utwardzenia rozróżnia się:
stopy do obróbki na zimno i półobrobione (AMg3P).
Stopy te są wykorzystywane do produkcji różnego rodzaju spawanych zbiorników paliwowych,
kwasy azotowe i inne, nisko i średnio obciążone struktury. Odkształcalny
stopy utwardzane cieplnie.
Stopy te obejmują duraluminium (złożone stopy aluminium)
miedź magnez lub aluminium miedź magnez cynk). Mają obniżoną
odporność na korozję, aby zwiększyć ilość wprowadzanego manganu. Duraluminium
zwykle ulegają hartowaniu w temperaturze 500°C i naturalnemu starzeniu, co
poprzedzony dwu- lub trzygodzinnym okresem inkubacji. Maksymalna siła
osiągnięty po 4,5 dniach. Duraluminium jest szeroko stosowane w budowie samolotów,
przemysł motoryzacyjny, budownictwo.
Stopy o wysokiej wytrzymałości na starzenie to stopy, które oprócz miedzi i
magnez zawiera cynk. Stopy B95, B96 mają wytrzymałość na rozciąganie około 650 MPa.
Głównym konsumentem jest konstrukcja samolotów (poszycie, podłużnice, drzewca).
w
Odkuwki ze stopów aluminium AK, AK8 służą do produkcji odkuwek.
temperatura 380-450 ° C, są utwardzane z
Odkuwki
temperatura 500-560 °C i leżakowanie w 150-165°C przez 6 godzin.
zrobiony fabrycznie
Do składu stopów aluminium wprowadza się dodatkowo nikiel, żelazo, tytan, które
podwyższyć temperaturę rekrystalizacji i odporność na ciepło do 300°C.
Tłoki, łopatki i tarcze sprężarek osiowych, turboodrzutowych
silniki.
Stopy odlewnicze
Stopy odlewnicze obejmują stopy układu aluminiowo-krzemowego (siluminów),
zawierający 1013% krzemu. Dodatek do siluminu magnezu, miedź przyczynia się do tego efektu
hartowanie stopów odlewniczych podczas starzenia. Tytan i cyrkon mielą ziarno.
Mangan poprawia właściwości antykorozyjne. Wzrost niklu i żelaza
wytrzymałość cieplna.
Stopy odlewnicze oznaczone są od AL2 do AL20. Siluminy są szeroko stosowane
do produkcji części odlewanych do urządzeń oraz innych średnio i lekko obciążonych
detale, w tym odlewy cienkościenne o skomplikowanym kształcie.
Część praktyczna
Zadanie dla studentów:
1. Zapisz tytuł i cel pracy.
2. Wypełnij tabelę:
Nazwa
stop, jego
definicja
Główny
nieruchomości
stop
Przykład
znakowania
Odszyfrowywanie
znaczki pocztowe
Region
podanie
23

Praca laboratoryjna nr 1
Temat: „Właściwości mechaniczne metali i metody ich badania (twardość)”

Postęp:
1. Zapoznać się z zapisami teoretycznymi.
2. Wypełnij zadanie instruktora.
3. Zrób raport zgodnie z zadaniem.
Część teoretyczna
są nazywane
materiał
Twardość
umiejętność
oprzeć się
przenikanie do niego innego ciała. W testach twardości korpus osadzony w
materiał i zwany wgłębnikiem musi być twardszy, miej pewność
rozmiar i kształt, nie powinny ulegać trwałemu odkształceniu. Testy twardości
może być statyczny i dynamiczny. Pierwszy typ obejmuje testy
metodą wcięcia, do drugiego metodą wcięcia uderzeniowego. Ponadto,
Istnieje metoda określania twardości poprzez drapanie, sklerometria.
Dzięki wartości twardości metalu można zorientować się, jaki jest jego poziom
nieruchomości. Na przykład im wyższa twardość określona przez nacisk końcówki, tym
mniejsza ciągliwość metalu i odwrotnie.
Badanie twardości metodą wgniatania polega na tym, że próbka pod
działanie obciążenia jest wciskane w wgłębnik (diament, stal hartowana, twarda)
stop), w postaci kuli, stożka lub piramidy. Po zdjęciu obciążenia na
próbka pozostaje odciskiem, którego wartość mierzy się (średnica, głębokość lub
przekątnej) i porównując to z wymiarami wgłębnika i wielkością obciążenia, można to ocenić
o twardości metalu.
Twardość określa się za pomocą specjalnych twardościomierzy. Najczęściej
twardość określa się metodami Brinella (GOST 901259) i Rockwell (GOST 901359).
Istnieją ogólne wymagania dotyczące przygotowania i testowania próbek
tymi metodami:
1. Powierzchnia próbki musi być czysta i wolna od wad.
2. Próbki muszą mieć określoną grubość. Po otrzymaniu nadruku na
odwrotna strona próbki nie powinna wykazywać żadnych śladów deformacji.
3. Próbka powinna być jędrna i stabilna na stole.
4. Obciążenie powinno działać prostopadle do powierzchni próbki.
Oznaczanie twardości Brinella
Twardość metalu w skali Brinella określa się przez wcięcie w próbkę utwardzonego
24

kulka stalowa (rys. 1) o średnicy 10; 5 lub 2,5 mm i są wyrażone liczbą twardości
HB otrzymane przez podzielenie przyłożonego obciążenia P w N lub kgf (1N = 0,1 kgf) przez
pole powierzchni odcisku utworzonego na próbce F w mm
Liczba twardości Brinella HB jest wyrażona przez stosunek przyłożonego obciążenia F
do obszaru S kulistej powierzchni wgłębienia (dziura) na mierzonej powierzchni.
HB =
, (Mpa),
D − √D2 − d2
πD¿
F
S = 2F
¿
gdzie
F - obciążenie, N;
S to powierzchnia kulistej powierzchni odcisku, mm2 (wyrażona w D i d);
D to średnica kuli, mm;
d - średnica wcięcia, mm;
Wartość obciążenia F, średnica kuli D i czas trzymania poniżej
Załaduj
τ
, są wybierane zgodnie z tabelą 1.
Rysunek 1. Schemat pomiaru twardości metodą Brinella.
a) Schemat wciskania kulki w badany metal
F obciążenie, D - średnica kulki, dop - średnica wcięcia;
b) Pomiar średnicy wgłębienia lupą (na rysunku d = 4,2 mm).
Tabela 1.
Dobór średnicy kulki, obciążenia i utrzymywania obciążenia w zależności od
na twardość i grubość próbki
Średnica
piłka D,
mm
Grubość
temat testu
próbka, mm
Materiał
Czarne metale
Interwał
twardość w
jednostki
Brinella,
MPa
14004500
więcej niż 6
6…3
mniej niż 3
więcej niż 6
6…3
10
5
2,5
10
5
Mniej niż 1400
Fragment
pod
Załaduj
Z
, τ
10
Obciążenie
F, N (kgf)
29430
(3000)
7355 (750)
1840
(187,5)
9800
(1000)
25

Metale nieżelazne
i stopy (miedź,
mosiądz, brąz,
stopy magnezu
itd.)
3501300
Metale nieżelazne
(aluminium,
łożysko
stopy itp.)
80350
mniej niż 3
więcej niż 6
6…3
mniej niż 3
więcej niż 6
6…3
mniej niż 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
Rysunek 2 przedstawia schemat urządzenia dźwigniowego. Próbka jest włączona
etap 4. Obracając kołem zamachowym 3, podnieś próbkę za pomocą śruby 2, aż dotknie
za pomocą kulki 5 i dalej aż do pełnego ściśnięcia sprężyny 7, załóż trzpień 6. Sprężyna
tworzy na kuli napięcie wstępne równe 1 kN (100 kgf), co zapewnia
stabilna pozycja próbki podczas ładowania. Następnie dołącz
silnik elektryczny 13 i poprzez przekładnię ślimakową skrzyni biegów 12, korbowód 11 i układ dźwigni
8,9, umieszczony w obudowie 1 twardościomierza z odważnikami 10 tworzy dane pełne obciążenie
na piłce. Na próbce uzyskuje się odcisk sferyczny. Po rozładowaniu urządzenia
próbka jest usuwana, a średnica odcisku jest określana za pomocą specjalnej lupy. Dla obliczonej średnicy
drukuj bierz średnio wartość arytmetyczna pomiary w dwóch nawzajem
prostopadłe kierunki.
Rysunek 2. Schemat urządzenia Brinella
Korzystając z powyższego wzoru, wykorzystując zmierzoną średnicę wgłębienia,
obliczana jest liczba twardości HB. Numer twardości w zależności od uzyskanej średnicy
wcięcia można również znaleźć w tabelach (patrz tabela numerów twardości).
Przy pomiarze twardości kulką o średnicy D = 10,0 mm pod obciążeniem F = 29430 N
HB 2335 MPa lub więcej
= 10 s - liczba twardości zapisywana jest następująco:
τ
(3000 kgf), z czasem otwarcia migawki
stare oznaczenie HB 238 (w kgf / mm2)
Podczas pomiaru twardości Brinella należy pamiętać o następujących kwestiach:
1.
Możliwe jest badanie materiałów o twardości nie większej niż HB 4500 MPa, ponieważ przy
większa twardość próbki, następuje niedopuszczalne odkształcenie samej kuli;
2.
Aby uniknąć dziurkowania, minimalna grubość próbki nie powinna być
mniej niż dziesięciokrotna głębokość druku;
26

3.
4.
cztery średnice nadruku;
nie mniej niż 2,5 dnia.
Odległość między środkami dwóch sąsiednich wydruków musi wynosić co najmniej
Odległość od środka wgłębienia do bocznej powierzchni próbki powinna wynosić
Oznaczanie twardości Rockwella
Zgodnie z metodą Rockwella twardość metali określa się przez wcięcie w próbie
próbka kulki ze stali hartowanej o średnicy 1,588 mm lub stożka diamentowego o kącie przy
szczyt
masa:
wstępne P0 = 10 kgf i całkowite P równe sumie wstępnych P0 i
główne obciążenia P1 (rys. 3).
dwa kolejno
przywiązany
akcja
120o poniżej
Twardość Rockwella HR jest mierzona w konwencjonalnych jednostkach bezwymiarowych i
HRc = 100−
określone wzorami:
h − h0
0,002 - podczas wciskania stożka diamentowego
h − h0
0,002 - po wciśnięciu stalowej kulki,
HRv = 130−
gdzie 100 to liczba działek czarnej skali C, 130 to liczba działek czerwonej skali B
tarcza wskaźnika mierzącego głębokość wgłębienia;
h0 to głębokość wgłębienia diamentowego stożka lub kuli pod działaniem
wstępne ładowanie. Mm
h jest głębokością wgniecenia stożka lub kuli diamentowej pod działaniem całkowitego obciążenia,
mm
0,002 - wartość podziałki skali tarczy wskaźnikowej (ruch stożka diamentowego)
przy pomiarze twardości 0,002 mm odpowiada ruchowi strzałki wskaźnika o
jedna działka), mm
Typ końcówki i wartość obciążenia dobiera się zgodnie z tabelą 2, w zależności od
twardość i grubość próbki. ...
Liczba twardości Rockwella (HR) jest miarą głębokości wgłębienia wgłębnika i
wyrażona w jednostkach konwencjonalnych. Jednostkę twardości przyjmuje się jako wartość bezwymiarową,
odpowiadające przemieszczeniu osiowemu 0,002 mm. Numer twardości Rockwella
wskazywane bezpośrednio strzałką na skali C lub B wskaźnika po automatycznym
usunięcie głównego obciążenia. Twardość tego samego metalu, określona przez różne
metody są wyrażone w różnych jednostkach twardości.
Na przykład HB 2070, HRc 18 lub HRb 95.
Rysunek 3. Schemat pomiaru twardości Rockwella
27

Pogląd
Wskazówka
ika
Ogólny
obciążenie F,
N (kgf)
Minimum
grubość
próbka
Przeznaczenie
twardość włączona
Rockwella
skala
Numer
mocno
sztywny
V
Z
A
HRB
Stal
piłka
981 (100)
godz
Diamenty
stożek
1471 (150)
HRA
Diamenty
stożek
588 (60)
0,7
0,7
0,4
Tabela 2
Granice
pomiary
w jednostkach
Rockwella
25…100
w skali B
20…67
w skali C
70…85
w skali B
Granice
pomiary
twardość
próbka w
jednostki
Brinella, NV
500 do 2300
(nieutwardzony
w kolorze stali
metale i ich
stopy
od 2000 do 7000
(utwardzony
stają się)
4000 do
9000 (szczegóły
narażony
cementowanie lub
azotowanie,
stopy twarde
itd.)
Metoda Rockwella wyróżnia się prostotą i wysoką wydajnością, zapewnia
zachowanie wysokiej jakości powierzchni po testach, pozwala na badanie metali i
stopy, zarówno o niskiej jak i wysokiej twardości. Ta metoda nie jest zalecana dla
stopy o niejednorodnej strukturze (żeliwa szare, ciągliwe i wysokowytrzymałe,
stopy łożysk tocznych itp.).
Część praktyczna
Treść raportu.

Odpowiedz na pytania:
1. Co nazywa się twardością?
2. Jaka jest istota określania twardości?
3. Jakie 2 metody określania twardości znasz? Jaka jest różnica między nimi?
4. Jak należy przygotować próbkę do badań?
5. Jak wytłumaczyć brak uniwersalnej metody określania twardości?
6. Dlaczego spośród wielu właściwości mechanicznych materiałów najczęściej występuje?
określić twardość?
7. Zapisz w zeszycie schemat określania twardości według Brinella i Rockwella.
28

Praca laboratoryjna nr 2
Temat: „Właściwości mechaniczne metali i metody ich badania (wytrzymałość, elastyczność)”
Cel pracy: badanie właściwości mechanicznych metali, metody ich badania.
Postęp:
1. Zapoznać się z zapisami teoretycznymi.
2. Wypełnij zadanie instruktora.
3. Zrób raport zgodnie z zadaniem.
Część teoretyczna
Główne właściwości mechaniczne to wytrzymałość, elastyczność, wytrzymałość,
projektant rozsądnie wybiera
twardość.
odpowiedni materiał zapewniający niezawodność i trwałość konstrukcji, gdy
ich minimalna masa.
Znajomość właściwości mechanicznych,
Właściwości mechaniczne determinują zachowanie materiału podczas deformacji i
zniszczenie w wyniku działania obciążeń zewnętrznych. W zależności od warunków załadunku
właściwości mechaniczne można określić, gdy:
1. Obciążenie statyczne, obciążenie próbki rośnie powoli i płynnie.
29

2. Przy dynamicznym obciążeniu obciążenie wzrasta z dużą prędkością, ma
charakter szoku.
3. Wielokrotne naprzemienne lub cykliczne ładowanie ładunku w procesie
test zmienia się wielokrotnie pod względem wielkości lub wielkości i kierunku.
Aby uzyskać porównywalne wyniki, próbki i procedury
testy mechaniczne są regulowane przez GOST. W teście statycznym na
rozciąganie: GOST 1497 uzyskuje cechy wytrzymałości i ciągliwości.
Wytrzymałość to zdolność materiału do opierania się deformacji i zniszczeniu.
Plastyczność to zdolność materiału do zmiany rozmiaru i kształtu pod
wpływ sił zewnętrznych; miarą plastyczności jest wielkość trwałego odkształcenia.
Urządzeniem określającym wytrzymałość i ciągliwość jest maszyna wytrzymałościowa,
który rejestruje wykres naprężenie-odkształcenie (patrz rys. 4) wyrażający zależność między
wydłużenie próbki i działające obciążenie.
Ryż. 4. Diagram rozciągania: a - bezwzględny, b - względny.
Przekrój oa na wykresie odpowiada sprężystemu odkształceniu materiału, gdy
Prawo Hooke'a jest przestrzegane. Naprężenie odpowiadające sprężystemu odkształceniu granicznemu
w punkcie a nazywa się granicą proporcjonalności.
Granica proporcjonalności to najwyższe napięcie przed osiągnięciem
które prawo Hooke'a jest ważne.
Przy napięciach powyżej granicy proporcjonalności jednolity
odkształcenie plastyczne (wydłużenie lub zwężenie przekroju).
Punkt b - granica sprężystości - najwyższe naprężenie, przed osiągnięciem którego w
w próbce nie występuje trwałe odkształcenie.
Powierzchnia cd to granica plastyczności, odpowiada granicy plastyczności - to jest
naprężenie, przy którym w próbce następuje wzrost odkształcenia bez wzrostu
obciążenia (materiał „przepływa”).
Wiele gatunków stali, metali nieżelaznych nie ma wyraźnego obszaru
granica plastyczności, dlatego ustala się dla nich warunkową granicę plastyczności. Warunkowy
granica plastyczności to naprężenie odpowiadające trwałemu odkształceniu
równy 0,2% pierwotnej długości próbki (stal stopowa, brąz, duraluminium i
inne materiały).
Punkt B odpowiada ostatecznej sile (lokalna
przerzedzenie to szyjka, powstawanie przerzedzania jest charakterystyczne dla materiałów z tworzyw sztucznych).
30

Wytrzymałość na rozciąganie to maksymalne naprężenie, jakie może wytrzymać próbka.
przed rozwiązaniem (tymczasowa wytrzymałość na rozciąganie).
Za punktem B ładunek spada (z powodu wydłużenia szyjki) i zniszczenia
występuje w punkcie K.
Część praktyczna.
Treść raportu.
1. Wskaż tytuł pracy, jej cel.
2. Jakie znasz właściwości mechaniczne? Jakie metody są używane do określenia
właściwości mechaniczne materiałów?
3. Zapisz definicję wytrzymałości i ciągliwości. Jakie metody
czy są zdeterminowani? Jak nazywa się urządzenie, które określa te właściwości? Z
z jakimi właściwościami są zdefiniowane?
4. Zapisz bezwzględny wykres rozciągania materiału z tworzywa sztucznego.
5. Po diagramie podaj nazwy wszystkich punktów i odcinków diagramu.
6. Jaki jest limit jest główną cechą przy wyborze materiału do
robisz jakiś produkt? Uzasadnij odpowiedź.
7. Jakie materiały są bardziej niezawodne w pracy, kruche czy ciągliwe? Odpowiedź
uzasadniać.
Bibliografia
Główny:
1.
Adaskin A.M., Zuev V.M. Inżynieria materiałowa (obróbka metali). - M.: OIT
"Akademia", 2009 - 240 s.
FORUM, 2010 - 336 s.
2.
3.
Adaskin A.M., Zuev V.M. Materiałoznawstwo i technologia materiałów. - M .:
Chumachenko Yu.T. Inżynieria materiałowa i wodno-kanalizacyjna (NGO i SPO). -
Rostów n / a: Feniks, 2013 - 395 s.

Dodatkowy:
1.
Żukowyc I.I. Badania mechaniczne metali. - M .: Szkoła wyższa, 1986. -
199 pkt.
2.
3.
Lachtin Yu.M. Podstawy inżynierii materiałowej. - M .: Metalurgia, 1988.
Lakhtin Yu.M., Leontyeva V.P. Inżynieria materiałowa. - M .: Inżynieria mechaniczna, 1990.
31

Zasoby elektroniczne:
1. Czasopismo „Nauka o materiałach”. (Zasób elektroniczny) - formularz dostępu
http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id=2.
2. Materiałoznawstwo: zasób edukacyjny, formularz dostępu http://
stale.
(Elektroniczny
ratunek)
–
Formularz
dostęp
www.supermetalloved / narod.ru.
3.
Klasyczny
www.splav.kharkov.com.
4. Federalne Centrum Zasobów Informacji i Edukacji. (Elektroniczny
zasób) - formularz dostępu www.fcior.ru.
32