Lucrări de laborator pentru știința materialelor. Informații teoretice scurte
Întrebări pentru examenul pentru anul II al Facultății de IM
Întrebări pentru examenul pentru studenții din anul I de IM
Lucrări de laborator
Reviste de laborator pentru cursul „Știința materialelor”
(Pentru munca de laborator, studenții trebuie să aibă la ei o versiune tipărită a jurnalelor de laborator)
Lucrări de laborator la cursul „Știința materialelor”
Lucrări de laborator la cursul „Știința materialelor”
Principala literatură educațională și educațional-metodică pe disciplinele citite la catedră
Ciclul Știința Materialelor
1. Bogodukhov S.I., Kozik E.S. Stiinta Materialelor. Manual pentru universități. - M .: Mashinostroenie, 2015 .-- 504 p.
2. Solntsev Yu.P., Pryakhin E.I. Stiinta Materialelor. Manual pentru universități. - SPb .: KHIMIZDAT, 2007 .-- 784 p.
3. Arzamasov V.B., Cherepakhin A.A. Stiinta Materialelor. Manual. - M .: Examen, 2009 .-- 352 p.: Ill.
4. Oskin V.A., Baikalova V.N., Karpenkov V.F. Atelier de știință și tehnologie a materialelor structurale: Tutorial pentru universități (ed. Oskin V.A., Baikalova V.N.). - M .: KolosS, 2007 .-- 318 p .: ill.
5. Știința și tehnologia materialelor metalelor: manual pentru universități / G.P. Fetisov și alții - ed. a VI-a, Add. - M.: facultate, 2008 .-- 878 p.
6. Știința și tehnologia materialelor metalelor: un manual pentru universități în specialitățile de construcție de mașini / G.P. Fetisov, M.G. Karpman și alții - M .: Școala superioară, 2009 .-- 637 p.
7. Medvedeva M.L., Prygaev A.K. Un caiet despre știința materialelor. Manual metodic - M .: Centrul de editare al Universității de Stat din Rusia de Petrol și Gaze numit după LOR. Gubkina, 2010, 90 p.
8. Efimenko L.A., Elagina O.Yu., Prygaev A.K., Vyshemirsky E.M., Kapustin O.E., Muradov A.V. Oțeluri promițătoare și tradiționale pentru conducte pentru construcția de conducte de gaz și petrol. Monografie. - M .: Logos, 2011, 336 p.
9. Prygaev A.K., Kurakin I.B., Vasiliev A.A., Krivosheev Yu.V. Justificarea alegerii materialelor structurale și dezvoltarea modurilor de tratare termică a acestora pentru fabricarea de piese de mașini și echipamente pentru industria petrolului și gazelor. Manual metodic pentru munca de curs pe disciplina „Știința materialelor” - M .: Universitatea de Stat Rusă de Petrol și Gaze numită după IM Gubkina, 2015
10. Fektistov G.P., Karpman M.G., Miatyukhin V.M. și alte materiale știința și tehnologia materialelor. - M .: Liceu, 2000
11. Gulyaev A.P. Stiinta Materialelor. - M .: Metalurgie, 1986
12. Efimenko L.A., Prygaev A.K., Elagina O.Yu. Metalurgie și tratament termic al îmbinărilor sudate. Tutorial. - M .: Logos, 2007 .-- 455 p.: Ill.
13. Orientări metodice pentru lucrul de laborator la cursul „Știința materialelor” partea 1 și partea 2, - M .: Universitatea de Stat de Petrol și Gaze din Rusia, 2000
14. Trofimova G.A. Orientări metodice pentru lucrările de laborator „Construirea și analiza curbelor termomecanice pentru polimeri amorfi” și „Determinarea proprietăților mecanice ale materialelor plastice și cauciucurilor”. - Moscova: Universitatea de Stat Rusă de Petrol și Gaze numită după I.M. Gubkin, 1999
Ciclu Coroziunea și protecția echipamentelor de petrol și gaze
1. Semenova I.V., Florianovici G.M., Khoroshilov A.V. Protecție împotriva coroziunii și coroziunii. - M: Fizmatlit, 2010 .-- 416 p.
2. Medvedeva M.L. Protecția împotriva coroziunii și a echipamentelor în prelucrarea petrolului și gazelor. Tutorial. Moscova: Editura FSUE „Petrol și Gaz” Universitatea de Stat de Petrol și Gaze din Rusia, numită după I.M.Gubkina, 2005 .-- 312 p .: ill.
3. Medvedeva M.L., Muradov A.V., Prygaev A.K. Coroziunea și protecția conductelor și rezervoarelor principale: manual pentru universități de profil de petrol și gaze. - M .: Centrul de editare al Universității de Stat de Petrol și Gaze din Rusia, numit după I.M. Gubkina, 2013 .-- 250 p.
4. Sorokin G.M., Efremov A.P., Saakiyan L.S. Coroziune-uzura mecanică a oțelurilor și aliajelor. -M .: Petrol și gaze, 2002
Tribologia ciclului
1. Sorokin G.M., Malyshev V.N., Kurakin I.B. Tribologia oțelurilor și aliajelor: manual pentru universități. - M .: rusă Universitate de stat Petrol și gaze numite după I.M. Gubkina, 2013 .-- 383 p .: ill.
2. Sorokin G.M., Kurakin I.B. Analiza de sistem și criterii complexe pentru rezistența oțelurilor. - M .: Editura Nedra SRL, 2011. - 101 p.
3. Sorokin G.M. Tribologia otelurilor si aliajelor. M .: Nedra, 2000
4. Vinogradov V.N., Sorokin G.M. Uzura mecanică a oțelurilor și aliajelor: manual pentru universități. - M .: Nedra, 1996 .-- 364 p .: ill.
5. Vinogradov V.N., Sorokin G.M. Rezistența la uzură a oțelurilor și aliajelor: manual pentru universități. - M .: Petrol şi gaze, 1994 .-- 417 p .: ill. 246.
Subiect:Studiul procesului de cristalizare a metalelor
Obiectiv: pentru a studia mecanismul de cristalizare a metalelor, condițiile energetice ale procesului de cristalizare.
Comandă de lucru
1. Studiați informațiile teoretice.
2. Într-un caiet pentru lucrări practice, răspunde în scris la întrebările de control.
Informații teoretice
Proprietatea generală a metalelor și aliajelor este structura lor cristalină, care se caracterizează printr-o anumită aranjare a atomilor în spațiu. Pentru a descrie structura atomo-cristală, se folosește conceptul de celulă de cristal - cel mai mic volum, a cărui translație în toate dimensiunile poate reproduce pe deplin structura cristalului. Într-un cristal real, atomii sau ionii sunt apropiați unul de celălalt într-o stare de contact direct, dar pentru simplitate sunt înlocuiți cu scheme în care centrele de atracție ale atomilor sau ionilor sunt reprezentate prin puncte; Celulele cele mai tipice pentru metale sunt prezentate în Fig. 1.1.
Figura 1.1. Tipuri de rețele cristaline și aranjarea atomilor în ele:
a) centrată pe față (FCC), b) centrată pe corp (BCC), c) compactă hexagonală (GSC)
Orice substanță poate fi în trei state agregate: solid, lichid și gazos, iar trecerea de la o stare la alta are loc la o anumită temperatură și presiune. Majoritatea proceselor tehnologice au loc la presiunea atmosferică, apoi tranzițiile de fază se caracterizează prin temperatura de cristalizare (topire), sublimare și fierbere (evaporare).
Odată cu creșterea temperaturii unui solid, mobilitatea atomilor în nodurile celulei cristaline crește, iar amplitudinea vibrației acestora crește. Când se atinge temperatura de topire, energia atomilor devine suficientă pentru a părăsi celula - se prăbușește odată cu formarea unei faze lichide. Punctul de topire este o constantă fizică importantă a materialelor. Dintre metale, mercurul are cel mai scăzut punct de topire (-38,9 ° C), iar cel mai mare este wolfram (3410 ° C).
Imaginea opusă are loc atunci când lichidul este răcit odată cu solidificarea ulterioară. În vecinătatea punctului de topire se formează grupuri de atomi, împachetate în celule, ca într-un solid. Aceste grupuri sunt centre (nuclee) de cristalizare, iar apoi un strat de cristale crește pe ele. La atingerea aceluiași punct de topire, materialul trece în stare lichidă cu formarea unei rețele cristaline.
Cristalizarea este trecerea unui metal de la starea lichidă la starea solidă la o anumită temperatură. Conform legii termodinamicii, orice sistem tinde să intre într-o stare cu o valoare minimă a energiei libere - o energie internă compozită care poate fi transformată izotermic în muncă. Prin urmare, metalul se solidifică atunci când există mai puțină energie liberă în stare solidă și se topește când există mai puțină energie liberă în stare lichidă.
Procesul de cristalizare constă din două procese elementare: nuclearea centrilor de cristalizare și creșterea cristalelor din acești centri. După cum sa menționat mai sus, la o temperatură apropiată de cristalizare, începe formarea unei noi structuri, un centru de cristalizare. Odată cu creșterea gradului de suprarăcire, crește numărul de astfel de centre, în jurul cărora încep să crească cristalele. În același timp, în faza lichidă se formează noi centri de cristalizare; prin urmare, se produce simultan o creștere a fazei solide atât datorită apariției de noi centre, cât și datorită creșterii celor existente. Rata totală de cristalizare depinde de cursul ambelor procese, iar ratele de nucleare a centrilor și de creștere a cristalelor depind de gradul de suprarăcire ΔТ. În fig. 1.2 prezintă schematic mecanismul de cristalizare.
Orez. 1.2. Mecanismul de cristalizare
Cristalele reale se numesc cristalite, au o formă neregulată, ceea ce se explică prin creșterea lor simultană. Nucleele de cristalizare pot fi fluctuații ale metalului de bază, impurități și diferite particule solide.
Dimensiunile granulelor depind de gradul de suprarăcire: la valori mici ale ΔТ, rata de creștere a cristalelor este mare, prin urmare, se formează o cantitate nesemnificativă de cristaliți mari. O creștere a ΔТ duce la o creștere a ratei de nucleare, numărul de cristaliți crește semnificativ, iar dimensiunile lor scad. Cu toate acestea, rolul principal în formarea structurii metalice îl au impuritățile (incluziuni nemetalice, oxizi, produși de dezoxidare) - cu cât sunt mai mulți, cu atât dimensiunile granulelor sunt mai mici. Uneori metalul este modificat intenționat - introducerea deliberată de impurități pentru a reduce dimensiunea granulelor.
În formarea structurii cristaline, direcția de îndepărtare a căldurii joacă un rol important, deoarece cristalul crește mai repede în această direcție. Dependența ritmului de creștere de direcție duce la formarea de cristale ramificate asemănătoare arborilor - dendrite (Fig. 1.3).
Orez. 1.3 Cristal dendritic
În timpul trecerii de la starea lichidă la starea solidă are loc întotdeauna cristalizarea selectivă - în primul rând, metalul mai pur se întărește. Prin urmare, limitele de cereale sunt mai îmbogățite în impurități, iar eterogenitatea compoziției chimice din interiorul dendritelor se numește licuție dendritică.
În fig. 1.4. prezintă structura unui lingou de oțel, în care se pot distinge 3 zone caracteristice: cu granulație fină 1, o zonă de cristale columnare 2 și o zonă de cristale de echilibru 3. Zona 1 este formată dintr-un număr mare de cristale neorientate în spațiu, format sub influența unei diferențe semnificative de temperatură între metalul lichid și pereții reci.
Orez. 1.4. Structura lingoului de otel
După formarea zonei exterioare, condițiile de îndepărtare a căldurii se deteriorează, hipotermia scade și apar mai puține centre de cristalizare. Cristalele încep să crească din ele în direcția de îndepărtare a căldurii (perpendicular pe pereții matriței), formând zona 2. În zona 3, nu există o direcție clară pentru îndepărtarea căldurii, iar nucleele de cristalizare din ea conțin particule străine deplasate. în timpul cristalizării zonelor anterioare.
Întrebări de control
1. În ce stări de agregare poate exista materialul?
2. Ce se numește o transformare de fază de primul fel?
3. Ce proces se numește cristalizare, cărui tip de transformare de fază îi aparține?
4. Descrieţi mecanismul de cristalizare a metalului şi condiţiile necesare pornirii acestuia.
5. Care este cauza formei dendritice a cristalelor?
6. Descrieți structura lingoului de metal
Lucrări de laborator la cursul „Știința materialelor”
Al-lea semestru
1. „Analiza structurii cristaline a metalelor și aliajelor” (nr. 1, atelier 2). 2 h.
2. „Încercarea materialelor pentru duritate” (Nr. 10, atelier 2). 1 h.
3. „Încercarea probelor în tensiune” (nr. 11, atelier 2; sau „Proprietăți mecanice ale materialelor structurale”, dosar separat). 2 h.
4. „Determinarea rezistenței la impact a materialului” (nr. 12, atelier 2). 1 h.
5. „Analiza fractografică a distrugerii materialelor metalice” (nr. 9, atelier 2). 1 h.
6. „Influența deformării plastice la rece și a temperaturii de recristalizare asupra structurii și proprietăților metalelor” (nr. 4, atelier 1). 2 h.
7. „Analiza termică a aliajelor” (Nr. 1, atelier 1). Partea 1 - construirea unei diagrame de stare a sistemului „zinc-staniu” prin metoda termică. Partea 2 - analiza diagramelor stării aliajelor binare: efectuați o sarcină individuală la punctul 5 din „Conținutul raportului”. 2 h.
8. „Analiza macroscopică (macroanaliză) a structurii materialelor metalice” (nr. 2, atelier 2). 1 h.
9. „Analiza microscopică (microanaliza) structurii materialelor metalice” (nr. 3, atelier 2). 1 h.
Al-lea semestru
1 (10). „Analiza microscopică a metalelor și aliajelor. Structura oțelului carbon „(Nr. 2, atelier 1) sau lucrare similară Nr. 7” Investigarea structurii oțelurilor carbon în stare de echilibru prin metoda microanalizei”, atelier 2). Parte practică: studenții analizează structura a patru aliaje fier-carbon folosind microscopul MIM-7: aliaje tehnic de fier, hipoeutectoide, eutectoide și hipereutectoide. Ei fac schițe schematice, semnează componentele structurale, dau un exemplu de calitate de oțel, pentru un aliaj hipo-eutectoid, conținutul de carbon este calculat folosind formula. 1 h. + t.
2 (11). „Diagrama stării fier-carbon. Structura, proprietățile și aplicarea fontelor „Nr. 3 din atelierul 1) sau o lucrare similară Nr. 8” Investigarea structurii fontelor de carbon prin metoda microanalizei „din atelierul 2). Partea practică: elevii privesc structurile a trei fonte la microscopul MIM-7: fontă cenușie cu grafit lamelar fin pe bază de perlit, fontă ductilă pe bază de ferită-perlită și fontă albă hipoeutectică. Din păcate, nu mai mult. De asemenea, fac schițe, scriu numele fontelor și ale componentelor structurale. 1 h. + t.
3 (12). „Influenţa vitezei de răcire asupra durităţii oţelului carbon” Nr.20 din atelierul 2). Parte practică: patru mostre din oțel U8. Unul este recoacet, al doilea este normalizat, al treilea este stins cu ulei, iar al patrulea este stins cu apă. Se măsoară duritatea, este trasat un grafic al dependenței durității de viteza de răcire. Ratele de răcire sunt luate dintr-un tabel în munca de laborator. 2 h.
4 (13). „Călirea oțelurilor carbon” Nr.5 din atelierul 1). Parte practică: trei mostre de oțel 20, 45, U9 sunt stinse în apă, o probă de oțel 45 este stinsă în ulei. Duritatea se măsoară înainte (HRB) și după (HRC) întărire. Tabelul de conversie este utilizat pentru a determina duritatea în unități HB. Pe baza rezultatelor, sunt construite două grafice: HB = f (% C) și HRC = f (Vcool.). 2 h. + t.
5 (14). „Vacanţă de oţel” Nr. 6 din atelier 1) sau lucrare similară Nr. 18 „Vacanţă de oţel carbon” din atelier 2). Parte practică: conform atelierului 1), călire joasă (200 ° C), medie (400 ° C) și înaltă (600 ° C) a epruvetelor călite din oțel 45 și călire scăzută (200 ° C) a unei eșantioane călite din oțel U9 sunt efectuate. Măsurați duritatea. Construiți un grafic HRC = f (Tamp.). Conform atelierului 2), se efectuează călirea scăzută, medie și înaltă a probelor întărite din oțel U8. 2 h. + t.
6 (15). „Recoacerea și normalizarea oțelului” Nr.7 din atelierul 1). Partea practică: două mostre de oțel 45. Recoacerea izotermă se efectuează cu una, iar normalizarea cu a doua. 2 h. + t.
7 (16). „Tratamentul termic chimic al oțelului” nr.8 din atelierul 1. 1 h.
8 (17). „Influența elementelor de aliere asupra călibilitatea oțelului, determinată prin metoda călirii finale” Nr.21 din atelierul 2. 2 h.
9 (18). „Clasificarea, etichetarea și utilizarea materialelor de construcție”. Partea practică: elevii primesc un card cu cinci ștampile, descrieți fiecare în detaliu. 1 h.
Lucrare de laborator nr 1
ANALIZA STRUCTURII CRISTALINE
METALELE SI ALIEII
Obiectiv:
Familiarizați-vă cu tipurile de rețele cristaline ale metalelor și aliajelor, defectele structurii cristaline și tipurile de soluții solide.
Dispozitive, materiale și unelte
Modele ale principalelor tipuri de rețele cristaline de metale și soluții solide.
Informații teoretice scurte
Structura cristalină atomică a metalelor. Metalele în condiții normale au o structură cristalină, trăsătură distinctivă care este o anumită aranjare periodică reciprocă a atomilor, răspândindu-se pe distanțe arbitrar mari. Acest aranjament al atomilor este de obicei numit ordine pe distanță lungă. Astfel, structura atomo-cristală este înțeleasă ca aranjarea reciprocă a atomilor (ionilor) care există într-un cristal real. Pentru a descrie structura atomo-cristalina, se folosește conceptul de rețea spațială sau cristalină. Rețeaua cristalină a unui metal este o rețea spațială imaginară, la nodurile căreia se află atomi (ioni), între care se mișcă electronii liberi. Forțele electrostatice de atracție dintre ioni și electroni echilibrează forțele de respingere dintre ioni. Astfel, pozițiile atomilor sunt astfel încât să se asigure energia de interacțiune minimă între ei și, în consecință, stabilitatea întregului agregat.
Volumul minim al unui cristal care dă o idee despre structura atomică a unui metal în întreg volumul se numește celulă cristalină elementară. Metalele pure au unul dintre următoarele tipuri de rețele cristaline: centrat pe corp (bcc), centrat pe față (fcc) și compactat hexagonal (hcp) (Fig. 1).
Rețeaua bcc este, de exemplu, a-fier, litiu, vanadiu, wolfram, molibden, crom, tantal; Grile FCC - aluminiu, fier, cupru, aur, nichel, platină, plumb, argint. Rețeaua hcp are magneziu, zinc, beriliu, cadmiu, cobalt, a-titan.
Direcții de coordonate (axe cristalografice).În sistemul de axe cristalografice, forma celulei unitare a rețelei spațiale poate fi descrisă folosind trei unghiuri de coordonate a, b și g între axele cristalografice și trei parametri ai rețelei. a, b, c.
Celulele unitare ale rețelelor cubice ale bcc (Fig.1a) și fcc (Fig.1b) sunt caracterizate prin egalitatea unghiurilor a = b = g = 90 ° și egalitatea parametrilor rețelei a = b = c. Rețeaua hcp (Fig.1c) este caracterizată de valorile unghiurilor a = b = 90 ° și g = 120 ° și de egalitatea celor doi parametri de rețea a = b c.
Simbolurile cristalografice sunt folosite pentru a descrie planurile și direcțiile atomice dintr-un cristal. Pentru a determina simbolurile planurilor, utilizați metoda de indexare a planului pe segmente de linie. Pentru aceasta, este selectat un sistem de coordonate astfel încât axele de coordonate I, II, III să fie paralele cu cele trei muchii care se intersectează ale cristalului (Fig. 2). De regulă, prima axă cristalografică este îndreptată către observator, a doua este orizontală, iar a treia este orientată în sus. Avionul А 1 В 1 С 1 se întrerupe la axele de coordonate segmente egale ca dimensiune cu parametrii rețelei ОА 1 = a, ОВ 1 = b, OC 1 = c. Planul A 1 B 1 C 1 se numește un singur plan. Parametrii rețelei a, b, c sunt luați ca unități axiale.
Pentru a determina indicii cristalografici ai planului А 2 В 2 С 2, este necesar:
Găsiți parametrii unui plan dat, adică segmentele în unități axiale, tăiate de acest plan pe axele de coordonate;
Notați raportul a trei fracții, ai căror numărători sunt parametrii planului unitar А 1 В 1 С 1, iar numitorii sunt parametrii planului dat А 2 В 2 С 2, adică. 1 / ОА 2: 1 / ОВ 2: 1 / ОВ 2;
Reduceți raportul rezultat la raportul dintre trei numere întregi coprime, adică reduceți fracțiile la numitor comun, reduceți, dacă este posibil, cu un factor comun și eliminați numitorul.
Cele trei numere întregi și numere coprime rezultate, notate cu h, k, l, se numesc indici ai planului atomic. Setul de indici se numește simbolul planului atomic, care este de obicei cuprins între paranteze și scris (hkl). Dacă planul intersectează axele de coordonate într-un sfert negativ, atunci un semn „-” este plasat deasupra indexului. Dacă planul luat în considerare este paralel cu una dintre axele cristalografice, atunci indicele corespunzător acestei axe este zero. Figura 3 prezintă exemple de indexare a planurilor în celula unității cubice Bravais.
Simbolurile trebuie citite numeric, de exemplu (100) ca 1, 0, 0. Simbolurile pentru planurile paralele sunt aceleași. În consecință, simbolul plan descrie o familie infinit de mare de plane atomice paralele care sunt echivalente din punct de vedere structural. Planurile atomice ale unei familii sunt situate unul față de celălalt la o distanță interplanară egală d.
Planurile atomice ale diferitelor familii pot fi neparalele, dar identice în aranjarea atomilor și distanța interplanară d. Astfel de planuri sunt combinate și notate cu simbolul (hkl). Deci, în cristalele cubice, un set include familii de planuri, ai căror indici diferă doar în semne și locație în simbol. De exemplu, setul de planuri atomice (100) include șase familii: (100), (͞100), (010), (0 ͞10), (001), (00͞1).
Simbolul direcției cristalografice este determinat folosind trei numere coprime (indici) u, v, w, care sunt proporționale cu coordonatele vectorului rază R care leagă originea (locul de pornire) cu cel mai apropiat loc al rețelei cristaline într-o direcție dată. Indicii sunt încadrați între paranteze drepte și înscriși. Dacă direcția nu trece prin origine (nodul de pornire), atunci trebuie transferată mental paralel cu ea însăși sau mutați originea și axele de coordonate astfel încât direcția să treacă prin origine.
Figura 4 prezintă exemple de indicare a direcțiilor cristalografice într-un cristal cubic.
Plasați originea în punct O... Apoi, de exemplu, ideea Cu are coordonatele 0, 0, 1; simbolul direcției viespi-. Se citește separat - "direcția zero - zero - unu". Punct e are coordonatele ½; ½; unu; simbolul direcției Oh-. Pentru a defini un simbol de direcție aw, transferați-l mental paralel cu sine până la obiect O; apoi coordonatele punctului v- ͡͞1, 1, 0; simbolul direcției este [͞110]. Când direcția este inversată, semnele indicilor sunt inversate, de exemplu, și (vezi Figura 1.5). Direcțiile paralele au aceleași simboluri și sunt combinate în familii. Familiile de direcții identice, dar neparalele formează o mulțime, care se notează prin
În cristalele hexagonale, un sistem de coordonate cu patru axe este folosit în principal pentru a indica planuri. Exemple de indexare plană într-un cristal hexagonal sunt prezentate în Figura 5.
A patra axă de coordonate OU se află în plan orizontal și este situată de-a lungul bisectoarei dintre semiaxele negative (-ОХ) și (-ОY). Simbolul plan este format din patru indici și se scrie (hkil). Trei dintre ele (h, k și l) sunt calculate din valorile reciproce ale segmentelor tăiate de planul luat în considerare pe trei axe cristalografice (OX), (OY), (OZ) și al patrulea indice. i calculat prin raportul:
h + k + i = 0 (1)
De exemplu, dacă h = 1; k = 1, l = 0, atunci, folosind relația (1), putem găsi al patrulea indice: i = - (h + k) = - (1 +1) = -2. Simbolul plan este scris ca (11͞20). Acesta este planul cel mai apropiat de noi în Figura 6. Al patrulea indice i este utilizat atunci când este necesar să se desemneze planuri identice și nu este utilizat la calcularea distanțelor interplanare, unghiurilor dintre plane și direcții. Prin urmare, în loc să scrieți complet simbolul plan, de exemplu, (11͞20), uneori se folosește (11.0), i.e. în locul indicelui i pun punct. Familiile și ansamblurile de planuri identice sunt definite în mod similar cu familiile și ansamblurile în cristale cubice.
Pentru a descrie direcțiile cristalografice în cristale hexagonale, sunt folosite atât simboluri triaxiale, cât și simboluri patru axiale. Simbolurile triaxiale sunt determinate de coordonatele unui vector cu rază dat (ca în cristalele cubice).
Există o relație între indicii direcționali pe patru axe:
r 1 + r 2 + r 3 = 0 (2)
Pentru a comuta de la simboluri cu trei axe la simboluri cu patru axe, se folosesc următoarele rapoarte:
r 1 = 2u –v; r 2 = 2v - u; r3 = -u - v; r 4 = 3w (3)
Exemple de indicare a direcțiilor cristalografice într-un cristal hexagonal sunt prezentate în Figura 6.
Pe lângă caracteristicile geometrice ale unui cristal, știința materialelor fizice folosește următoarele concepte: numărul de atomi pe celulă n I, numărul de coordonare (CN) și factorul de umplere η.
Prin numărul de atomi pe celulă n mă refer la numărul de volume atomice pe celulă unitate Bravais. Să luăm volumul unui atom pe unitate. Ca exemplu, luați în considerare o celulă centrată pe corp, care este formată din 9 atomi, dintre care 8 sunt localizați la vârfurile cubului și 1 în centrul cubului. Fiecare atom dintr-un vârf aparține la opt celule vecine în același timp, prin urmare, 1/8 din fiecare dintre cei 8 atomi aparține unei singure celule: 1/8. 8 = 1; atomul din centrul cubului aparține în întregime celulei. Astfel, o celulă centrată pe corp este formată din două volume atomice, adică există doi atomi per celulă.
Numărul de coordonare (CN) este înțeles ca numărul de atomi aflați la aceeași distanță și la cea mai mică distanță de un atom dat. Cu cât numărul de coordonare este mai mare, cu atât densitatea de împachetare a atomilor este mai mare. Deci, într-o rețea cubică centrată pe corp, CN = 8; în rețele centrate pe fețe și hexagonale, CN = 12.
Factorul de umplere η este raportul procentual dintre volumul V a ocupat de atomii dintr-o celulă și volumul întregii celule V i:
η = (V a / V i) ∙ 100% (4)
Numărul de coordonare (CN) și factorul de umplere η caracterizează densitatea de împachetare a atomilor din celula unitară a unui cristal metalic. Cea mai densă împachetare de atomi este realizată în celulele Bravais centrate pe fețe și hexagonale.
Defecte cristaline . Un cristal real se deosebește de unul ideal prin prezența unor defecte de structură cristalină, care influențează, adesea decisiv, proprietățile macroscopice ale corpurilor cristaline. Din punct de vedere geometric, defectele sunt împărțite în trei grupe:
Punct (zero-dimensional);
Linear (unidimensional);
Suprafață (bidimensională).
Defecte punctuale au dimensiuni în toate direcțiile de la unu la patru diametre atomice. Ele sunt împărțite în proprii și impurități.
Defectele punctuale intrinseci includ: locurile libere formate atunci când un atom (ion) este îndepărtat din poziția sa normală într-un loc al rețelei cristaline și atomii interstițiali - atomii metalului de bază localizați în locurile interstițiale ale rețelei cristaline. Atomii de impurități includ atomi ai altor (sau a altor) elemente, dizolvați în rețeaua principală conform principiului substituției sau inserției.
Figura 7 prezintă, într-un model bidimensional al cristalului, locuri vacante, un atom interstițial intrinsec și atomi de impurități substituționale și interstițiale.
Cele mai frecvente sunt posturile vacante. Există două mecanisme cunoscute pentru apariția locurilor vacante: mecanismul Schottky - atunci când un atom părăsește suprafața exterioară sau suprafața unui por sau fisura din interiorul unui cristal sub influența fluctuațiilor termice și mecanismul Frenkel - atunci când o pereche de " Atom interstițial intrinsec - vacanță” se formează în interiorul rețelei cristaline în timpul deformării, iradierea metalelor cu radiații ionizante: electroni rapizi, raze γ. În cristalele reale, locurile libere se formează în mod constant și dispar sub influența fluctuațiilor termice. Energia de activare pentru formarea unui loc vacant este de aproximativ 1 eV, pentru un atom interstițial, de la 3 la 10 eV.
Odată cu creșterea temperaturii, crește concentrația de echilibru a defectelor punctiforme din cristal. În timpul deformării plastice, iradierii și stingerii, numărul de defecte punctuale crește brusc, ceea ce duce la o încălcare a concentrației lor de echilibru cu câteva ordine de mărime.
Atomii de impurități substituționale migrează în același mod ca atomii principali - prin mecanismul de vacanță. Atomii interstițiali de impurități sunt mici și, prin urmare, spre deosebire de atomii interstițiali intrinseci mari, ei pot migra peste golurile dintre atomii rețelei cristaline.
Defectele punctuale au o mare influență asupra mecanismului și cineticii proceselor de fluaj, fracturi pe termen lung, formarea porozității de difuzie, decarburare, grafitizare și alte procese asociate cu transferul de atomi în cea mai mare parte a unei substanțe, precum și asupra proprietăți fizice: rezistență electrică, densitate.
Defecte liniare sunt mici (mai multe diametre atomice) în două direcții și au o întindere mare, comparabilă cu lungimea cristalului, în a treia. Defectele liniare includ dislocații, lanțuri de locuri libere și atomi interstițiali.
Luxațiile sunt împărțite în două tipuri principale: margine și șurub.
O dislocare a muchiei poate fi imaginată prin împărțirea mentală a unui cristal perfect pe verticală, să zicem, cu o rețea cubică primitivă și inserând în el un strat atomic foarte scurt numit extraplan. Extraplanul poate fi obținut și prin deplasarea unei părți a cristalului față de cealaltă. Extraplanul, acționând ca o pană, îndoaie rețeaua în jurul marginii sale inferioare în interiorul cristalului (Fig. 8).
Zona de imperfecțiune din jurul marginii extraplanului se numește dislocare a marginii. Distorsiunile puternice ale rețelei cristaline sunt închise, parcă, în interiorul unei „țevi” cu un diametru de două până la zece diametre atomice, a cărei axă este marginea extraplanului. De-a lungul liniei extraplane, imperfecțiunile sunt macroscopice, în timp ce în celelalte două direcții (de-a lungul diametrului „țevii”) sunt foarte mici. Dacă extraplanul este situat în partea superioară a cristalului, atunci dislocarea asociată cu acesta se numește pozitivă și se notează cu (┴); dacă extraplanul este situat în partea inferioară, atunci dislocarea se numește negativă și se notează cu (┬).
Sub acțiunea unui stres extern aplicat, o dislocare a muchiei poate aluneca de-a lungul anumitor planuri și direcții cristalografice. Alunecarea predominantă are loc de-a lungul planurilor strânse. Combinația dintre planul de alunecare și direcția de alunecare se numește sistem de alunecare. Fiecare tip de rețea cristalină se caracterizează prin propriile sisteme de alunecare. Astfel, în cristale cu o rețea cubică centrată pe fețe, acestea sunt planele mulțimii (111) și direcțiile mulțimii.<110>(Cu, Al, Ni), cu o rețea cubică centrată pe corp - (110) (α-Fe, Mo, Nb), (211) (Ta, W, α-Fe), (321) (Cr, α- Fe) și<111>, cu împachetare hexagonală - (0001),<11͞20>(Zn, Mg, Be), (1͞100), (10͞11),<11͞20>(Ti), (11͞22),<1͞213>(Ti). Tensiunea necesară pentru forfecare se numește forfecare critică sau efort de forfecare. Mai mult, în fiecare moment de timp, doar un grup mic de atomi participă la deplasarea de ambele părți ale planului de alunecare. Figura 9 prezintă o diagramă a alunecării unei dislocații de margine printr-un cristal.
Etapa finală alunecarea este ieșirea unei dislocații de margine (extraplan) pe suprafața cristalului. În acest caz, partea superioară a cristalului este deplasată față de cea inferioară cu o distanță interatomică în direcția de forfecare. O astfel de mișcare este un act elementar de deformare plastică. Planarea este o mișcare conservatoare care nu este asociată cu transferul de masă de materie. Direcția și mărimea forfecării în timpul deplasării dislocației marginii sunt caracterizate de vectorul Burgers bși, respectiv, puterea sa. Direcția de deplasare a dislocației marginii este paralelă cu vectorul Burgers.
Pe lângă alunecare, o dislocare a marginii se poate deplasa prin târâre, care este realizată printr-o cale de difuzie și este un proces activat termic. Urcarea pozitivă are loc atunci când un lanț de atomi de la marginea extraplanului se deplasează către locuri libere sau interstiții învecinate, de exemplu. extraplanul este scurtat cu o distanță interatomică și dislocarea marginii trece în planul de alunecare superior paralel cu primul. Urcarea negativă apare atunci când marginea extraplanului este completată de un rând atomic datorită adăugării de atomi interstițiali sau învecinați, iar dislocarea marginii trece în planul inferior de alunecare. Târâtul este o mișcare neconservatoare, adică. apare cu transferul de masă. Rata de fluaj depinde atât de temperatură, cât și de concentrația defectelor punctuale.
O dislocare a șurubului, ca o dislocare a muchiei, poate fi creată folosind o schimbare. Să ne imaginăm un cristal sub forma unui teanc de planuri atomice paralele orizontale. Să facem mental o crestătură oarbă în cristal (Fig. 10a) și să mișcăm, de exemplu, partea dreaptă în jos (de-a lungul planului ABCD) cu o distanță interplanară (Fig. 10b).
O dislocare cu șurub este subdivizată în dreapta (Fig.10b), atunci când se deplasează din planul superior la linia inferioară a luxației trebuie ocolită în sensul acelor de ceasornic, iar stânga, când, când se deplasează din planul superior la linia inferioară a dislocației, este necesar să ocoliți în sens invers acelor de ceasornic (dacă în raport cu planul ABCD deplasați în jos pe partea stângă a cristalului). Linia de dislocare a șurubului este întotdeauna paralelă cu vectorul Burgers (Fig. 11).
O dislocare șurub, spre deosebire de o dislocare a muchiei, nu este asociată cu un plan de forfecare specific, prin urmare, poate aluneca prin alunecare în orice plan cristalografic care conține o linie de dislocare și un vector de forfecare (Fig. 12). Direcția de mișcare a dislocației șurubului este întotdeauna perpendiculară pe vectorul Burgers. Ca urmare a alunecării atât a dislocărilor marginilor, cât și a șuruburilor, se formează o treaptă pe suprafața cristalului cu o înălțime egală ca mărime cu vectorul Burgers. b(fig. 12).
Luxațiile sunt prezente în toate cristalele. Deci, la metalele neformate densitatea luxaţiilor este de 10 6 -10 8 cm -2; în cristale homeopolare - 10 4 cm -2. Cu o solicitare externă egală cu efortul critic de forfecare τ cr = 10 -5 G, unde G este modulul elastic al materialului, dislocațiile încep să se miște, adică începe deformarea plastică. În procesul de deformare plastică, densitatea de dislocare crește. De exemplu, la metalele deformate densitatea de dislocare este de 10 10 –10 12 cm -2; în cristale homeopolare până la 10 8 cm -2. Diferite tipuri de bariere (particule de a doua fază, defecte punctiforme, limite de cereale etc.) servesc drept obstacole pentru deplasarea dislocațiilor. În plus, pe măsură ce numărul de luxații crește, acestea încep să se acumuleze, se încurcă în încurcături și interferează cu alte luxații în mișcare. Pe măsură ce gradul de deformare crește, crește τcr, adică pentru a continua procesul de deformare este necesară o creștere a tensiunii externe care, într-o anumită măsură, determină întărirea materialului.
Defecte de suprafață. Defectele de suprafață includ limitele de granule (subgranule) (Fig. 13). Defectele de suprafață sunt bidimensionale, adică sunt macroscopice în două direcții și atomice în a treia direcție. Limitele se numesc unghi mic, dacă orientarea greșită a rețelelor cristaline ale granulelor învecinate nu depășește 10 ° și unghi înalt (unghi înalt) cu o orientare greșită mai mare.
Limitele cu unghi scăzut pot fi formate prin sisteme atât de dislocare a marginilor, cât și a șuruburilor de diferite orientări și cu diferiți vectori Burgers. Limitele cu unghi mic apar în timpul creșterii cristalelor dintr-o topitură, în timpul deformării plastice etc. Dislocațiile unei limite cu unghi mic atrag defecte punctuale datorită interacțiunii elastice cu acestea. Migrarea limitei unghiului mic se realizează numai prin difuzie. Prin urmare, defectele punctiforme, concentrate în zona apropiată de graniță la mai multe distanțe interatomice, inhibă acest proces și stabilizează substructura.
Limitele cu unghi înalt au fost găsite mult mai devreme decât cele cu unghi mic și sunt cel mai „vechi” tip de defecte ale structurii cristaline. Se crede că limita unghiului înalt este un strat cu grosimea de 2-3 diametre atomice, în care atomii ocupă niște poziții intermediare față de pozițiile corecte ale site-urilor rețelei ale granulelor învecinate. Această poziție a atomilor oferă energia potențială minimă în stratul limită, prin urmare, este destul de stabilă.
Natura și comportamentul limitelor atât cu unghi mic, cât și cu unghi înalt sub forță și temperatură influențează proprietățile mecanice ale materialului.
Exercițiu
1. Un plan dintr-un cristal cubic decupează segmente egale cu a de pe axele de coordonate; 2c; Cu. Determinați indicii cristalografici ai planului (hkl).
2. Construiți o imagine spațială a planurilor (de exemplu, un cub) cu indici cristalografici (110); (111); (112); (321); (1͞10); (͞111); (͞1͞1͞1).
3. Definiți simbolul pentru direcția care trece prin puncte (0, in / 3, s / 3).
4. Construiți o imagine spațială a următoarelor direcții într-un cub; ; ; [o sută]; ; ; ; ; ; ; [͞111]; ; ; [͞1͞11]; [͞111]; ; [͞1͞1͞1]; ; ...
5. Numărați numărul de atomi dintr-o celulă și numărul de coordonare pentru rețelele bcc și fcc și hcp.
Întrebări de control
1. Câte tipuri de celule unitare Bravais sunt cunoscute astăzi? Care dintre ele sunt cele mai tipice pentru metale?
2. Ce sunt simbolurile cristalografice? Descrieți schema de determinare a simbolului planului atomic dintr-un cristal.
3. Ce tipuri de defecte punctiforme există în cristale? Care sunt distanțele acoperite de distorsiunea cauzată de defectul punctual?
4. Cum se modifică concentrația locurilor vacante odată cu creșterea temperaturii?
5. De ce dislocațiile sunt numite defecte liniare?
6. Pe ce bază se împart luxațiile în cele de margine și șuruburi?
7. Ce este vectorul Burgers? Care este cardinalitatea vectorului Burgers?
8. Cum este direcționat vectorul Burgers în raport cu linia de dislocare a muchiei și șuruburilor?
9. Ce sunt defectele de suprafață?
10. Care sunt proprietățile fizice ale cristalinului solide Sunt afectate defectele structurii cristaline?
Lucrare de laborator nr 2
semestrul 1
1. „Analiza structurii cristaline a metalelor și aliajelor” (nr. 1, atelier 2). 2 h.
2. „Încercarea materialelor pentru duritate” (Nr. 10, atelier 2). 1 h.
3. „Încercarea probelor în tensiune” (nr. 11, atelier 2; sau „Proprietăți mecanice ale materialelor structurale”, dosar separat). 2 h.
4. „Determinarea rezistenței la impact a materialului” (nr. 12, atelier 2). 1 h.
5. „Analiza fractografică a distrugerii materialelor metalice” (nr. 9, atelier 2). 1 h.
6. „Influența deformării plastice la rece și a temperaturii de recristalizare asupra structurii și proprietăților metalelor” (nr. 4, atelier 1). 2 h.
7. „Analiza termică a aliajelor” (Nr. 1, atelier 1). Partea 1 - construirea unei diagrame de stare a sistemului „zinc-staniu” prin metoda termică. Partea 2 - analiza diagramelor stării aliajelor binare: efectuați o sarcină individuală la punctul 5 din „Conținutul raportului”. 2 h.
8. „Analiza macroscopică (macroanaliză) a structurii materialelor metalice” (nr. 2, atelier 2). 1 h.
9. „Analiza microscopică (microanaliza) structurii materialelor metalice” (nr. 3, atelier 2). 1 h.
semestrul 2
1 (10). „Analiza microscopică a metalelor și aliajelor. Structura oțelului carbon „(Nr. 2, atelier 1) sau lucrare similară Nr. 7” Investigarea structurii oțelurilor carbon în stare de echilibru prin metoda microanalizei”, atelier 2). Parte practică: studenții analizează structura a patru aliaje fier-carbon folosind microscopul MIM-7: aliaje tehnic de fier, hipoeutectoide, eutectoide și hipereutectoide. Ei fac schițe schematice, semnează componentele structurale, dau un exemplu de calitate de oțel, pentru un aliaj hipo-eutectoid, conținutul de carbon este calculat folosind formula. 1 h. + t. 2 (11). „Diagrama stării fier-carbon. Structura, proprietățile și aplicarea fontelor „Nr. 3 din atelierul 1) sau o lucrare similară Nr. 8” Investigarea structurii fontelor de carbon prin metoda microanalizei „din atelierul 2). Partea practică: elevii privesc structurile a trei fonte la microscopul MIM-7: fontă cenușie cu grafit lamelar fin pe bază de perlit, fontă ductilă pe bază de ferită-perlită și fontă albă hipoeutectică. Din păcate, nu mai mult. De asemenea, fac schițe, scriu numele fontelor și ale componentelor structurale. 1 h. + t. 3 (12). „Influenţa vitezei de răcire asupra durităţii oţelului carbon” Nr.20 din atelierul 2). Parte practică: patru mostre din oțel U8. Unul este recoacet, al doilea este normalizat, al treilea este stins cu ulei, iar al patrulea este stins cu apă. Se măsoară duritatea, este trasat un grafic al dependenței durității de viteza de răcire. Ratele de răcire sunt luate dintr-un tabel în munca de laborator. 2 h.
4 (13). „Călirea oțelurilor carbon” Nr.5 din atelierul 1). Parte practică: trei mostre de oțel 20, 45, U9 sunt stinse în apă, o probă de oțel 45 este stinsă în ulei. Duritatea se măsoară înainte (HRB) și după (HRC) întărire. Tabelul de conversie este utilizat pentru a determina duritatea în unități HB. Pe baza rezultatelor, sunt construite două grafice: HB = f (% C) și HRC = f (Vcool.). 2 h. + t.
5 (14). „Vacanţă de oţel” Nr. 6 din atelier 1) sau lucrare similară Nr. 18 „Vacanţă de oţel carbon” din atelier 2). Parte practică: conform atelierului 1), călire joasă (200 ° C), medie (400 ° C) și înaltă (600 ° C) a epruvetelor călite din oțel 45 și călire scăzută (200 ° C) a unei eșantioane călite din oțel U9 sunt efectuate. Măsurați duritatea. Construiți un grafic HRC = f (Tamp.). Conform atelierului 2), se efectuează călirea scăzută, medie și înaltă a probelor întărite din oțel U8. 2 h. + t.
6 (15). „Recoacerea și normalizarea oțelului” Nr.7 din atelierul 1). Partea practică: două mostre de oțel 45. Recoacerea izotermă se efectuează cu una, iar normalizarea cu a doua. 2 h. + t.
7 (16). „Tratamentul termic chimic al oțelului” nr.8 din atelierul 1. 1 h.
8 (17). „Influența elementelor de aliere asupra călibilitatea oțelului, determinată prin metoda călirii finale” Nr.21 din atelierul 2. 2 h.
9 (18). „Clasificarea, etichetarea și utilizarea materialelor de construcție”. Partea practică: elevii primesc un card cu cinci ștampile, descrieți fiecare în detaliu. 1 h.
Lucrare de laborator nr 1
Cautare materiale:
Numărul materialelor dvs.: 0.
Adăugați 1 material
Certificat
despre crearea unui portofoliu electronic
Adăugați 5 materiale
Secret
prezent
Adăugați 10 materiale
Diploma pentru
informatizarea educatiei
Adăugați 12 materiale
Revizuire
pentru orice material gratuit
Adăugați 15 materiale
Lecții video
pentru a crea rapid prezentări eficiente
Adăugați 17 materiale
BUGETUL FEDERAL DE STAT EDUCAȚIONAL
INSTITUȚIA DE ÎNVĂȚĂMÂNT SUPERIOR
„UNIVERSITATEA DE STAT DE TRANSPORT PE APĂ VOLGA”
SUCURSALA PERM
E.A. Sazonova
STIINTA MATERIALELOR
CULEGERE DE LUCRĂRI PRACTICE ȘI DE LABORATOR
recomandări metodologice pentru implementarea de laborator și practice
lucrează pentru elevii de mijloc învăţământul profesional specialitate
26.02.06 „Exploarea echipamentelor electrice și a echipamentelor de automatizare a navei”
23.02.01 „Organizarea transportului și managementul transportului” (pe tip)
PERMIAN
2016
Introducere
Recomandări metodice pentru lucrări de laborator și practice
pe disciplina academică „Știința materialelor” sunt destinate studenților de liceu
învăţământul profesional în specialitate
26.02.06 „Funcționarea navei
echipamente electrice și echipamente de automatizare"
In acest manual metodologic instrucțiuni despre modul de a efectua
sunt indicate lucrări practice și de laborator pe temele disciplinei, teme și conținut
lucrări de laborator și practice, formulare de control pentru fiecare temă și recomandate
literatură.
Aceste recomandări contribuie la dezvoltarea generală și profesională
competențe, dezvoltarea treptată și intenționată a abilităților cognitive.
Ca urmare a stăpânirii acestei discipline academice, studentul ar trebui să fie capabil să:
˗
efectuarea de încercări mecanice a probelor de material;
˗
să utilizeze metode fizico-chimice pentru studiul metalelor;
˗
utilizați tabele de referință pentru a determina proprietățile materialului;
˗
alege materiale pentru implementarea activităților profesionale.
Ca urmare a stăpânirii acestei discipline academice, studentul ar trebui să știe:
˗
proprietățile de bază și clasificarea materialelor utilizate în
activitate profesională;
˗
denumirea, marcarea, proprietățile materialului prelucrat;
˗
reguli de utilizare a lubrifianților și a materialelor de răcire;
˗
informații de bază despre metale și aliaje;
˗
informații de bază despre nemetalice, amortizare,
materiale de etanșare și electrice, oțel, clasificarea acestora.
Laborator și munca practica vă va permite să vă formați abilități practice
munca, competenta profesionala. Ele sunt incluse în structura studiului educațional
disciplina „Știința materialelor”, după studierea temei: 1.1. „Informații de bază despre
metale și aliaje ", 1,2" Aliaje fier-carbon ", 1,3" Metale și aliaje neferoase ".
Lucrările de laborator și practice sunt un element educațional
discipline și sunt evaluate conform criteriilor prezentate mai jos:
Un student se acordă nota „5” dacă:
˗
subiectul lucrării corespunde celui dat, elevul arată sistemic și complet
cunoștințe și abilități în această problemă;
˗
lucrarea este încadrată în conformitate cu recomandările profesorului;
˗
cantitatea de muncă corespunde celei date;
˗
lucrarea a fost efectuată exact la timp specificat de profesor.
Un student se acordă nota „4” dacă:
˗
subiectul lucrării corespunde celui dat, elevul admite mic
inexactități sau unele erori în această chestiune;
˗
lucrarea este încadrată cu inexactități în proiectare;
˗
cantitatea de muncă corespunde celei date sau puțin mai puțin;
˗
lucrarea a fost finalizată în timpul specificat de profesor sau mai târziu, dar nu mai mult de 12
zi.
Nota „3” se acordă unui elev dacă:
2
tema lucrării corespunde celei date, dar nu există semnificative
elementele conținutului lucrării sau subiectele sunt prezentate ilogic, nu sunt prezentate clar
conținutul principal al întrebării;
˗
lucrarea este încadrată cu erori de proiectare;
˗
cantitatea de muncă este mult mai mică decât cea specificată;
˗
lucrarea a fost livrată cu o întârziere de 56 de zile.
Nota „2” se acordă unui elev dacă:
˗
subiectul principal al lucrării nu a fost dezvăluit;
˗
lucrarea nu este încadrată în conformitate cu cerințele profesorului;
˗
volumul de muncă nu corespunde celui dat;
˗
lucrarea a fost livrata cu o intarziere de peste 7 zile.
Lucrările de laborator și practice în conținutul lor au o anumită
structură, ne propunem să o luăm în considerare: cursul lucrării este dat la începutul fiecărei practici
si munca de laborator; la efectuarea lucrărilor practice, elevii performează
sarcina, care este indicată la sfârșitul lucrării (articolul „Tema pentru studenți”); la
efectuarea lucrărilor de laborator, se întocmește un raport cu privire la implementarea acestuia, conținutul raportului
indicat la finalul lucrărilor de laborator (paragraful „Conținutul raportului”).
˗
La efectuarea lucrărilor de laborator și practice, studenții efectuează
anumite reguli, luați în considerare mai jos: lucrări de laborator și practice
efectuate în timpul sesiunilor de antrenament; proiectarea finală permisă
laborator și lucrări practice la domiciliu; permis să utilizeze
literatură suplimentară la efectuarea lucrărilor de laborator și practice; față
efectuând lucrări de laborator și practice, este necesar să se studieze elementele de bază
prevederi teoretice cu privire la problema luată în considerare.
3
Lucrarea practică nr. 1
„Proprietățile fizice ale metalelor și metodele de studiu ale acestora”
Scopul lucrării: studierea proprietăților fizice ale metalelor, metodele de determinare a acestora.
Progres:
Partea teoretică
Proprietățile fizice includ: densitatea, topirea (punctul de topire),
conductivitate termică, dilatare termică.
Densitatea este cantitatea de substanță conținută într-o unitate de volum. Acesta este unul dintre
cele mai importante caracteristici ale metalelor și aliajelor. După densitate, metalele sunt împărțite în
următoarele grupe: ușoară (densitate nu mai mare de 5 g/cm3) magneziu, aluminiu, titan etc.
grele (densitate de la 5 la 10 g/cm3) fier, nichel, cupru, zinc, cositor etc.
cel mai extins grup); foarte greu (densitate peste 10 g/cm3) molibden,
wolfram, aur, plumb etc. Tabelul 1 prezintă valorile densității metalelor.
tabelul 1
metal
Magneziu
Aluminiu
Titan
Zinc
Staniu
densitate g/cm3
Densitatea metalelor
metal
1,74
2,70
4,50
7,14
7,29
Fier
Cupru
Argint
Conduce
Aur
densitate g/cm3
7,87
8,94
10,50
11,34
19,32
Punctul de topire este temperatura de la care trece metalul
stare cristalină (solidă) în lichid cu absorbție de căldură.
Punctele de topire ale metalelor sunt în intervalul de la -39 ° C (mercur) la 3410 ° C
(tungsten). Punctul de topire al majorității metalelor (cu excepția alcaline)
mare, dar unele metale „normale”, precum staniul și plumbul, pot
se topește pe o sobă convențională electrică sau pe gaz.
În funcție de punctul de topire, metalul este împărțit în următoarele
grupe: cu punct de topire scăzut (temperatura de topire nu depășește 600 oС) zinc, staniu,
plumb, bismut etc.; cu topire medie (de la 600 oС la 1600 oС), acestea includ aproape
4
jumătate din metale, inclusiv magneziu, aluminiu, fier, nichel, cupru, aur;
refractare (mai mult de 1600 oС) wolfram, molibden, titan, crom etc.
aditivi metalici, punctul de topire tinde să scadă.
masa 2
metal
Staniu
Fier
Cupru
Aur
Titan
Punctele de topire și de fierbere ale metalelor
Temperatura oС
topire
fierbere
232
1539
1083
1063
1680
2600
2900
2580
2660
3300
metal
Argint
Magneziu
Zinc
Conduce
Aluminiu
Temperatura oС
topire
fierbere
960
650
420
327
660
2180
1100
907
1750
2400
Conductivitate termică - capacitatea unui metal de a conduce
căldură când este încălzită.
Incalzi.
Conductivitatea electrică este capacitatea unui metal de a conduce curentul electric.
Expansiune termică - capacitatea unui metal de a-și crește volumul atunci când
Suprafața netedă a metalelor reflectă un procent mare de lumină acest fenomen
numită strălucire metalică. Cu toate acestea, în stare pudră, majoritatea
metalele își pierd strălucirea; aluminiul și magneziul își păstrează totuși strălucirea
și pulbere. Cea mai bună reflectare a luminii sunt aluminiul, argintul și paladiul dintre acestea
oglinzile sunt realizate din metale. Rodiul este uneori folosit pentru a face oglinzi,
în ciuda prețului său excepțional de mare: datorită semnificativ mai mare
argint sau chiar paladiu, duritate și rezistență chimică, stratul de rodiu poate
să fie semnificativ mai subțiri decât argintul.
Metode de cercetare în știința materialelor
Principalele metode de cercetare în știința metalelor și știința materialelor
microstructură, microscopie electronică,
sunt:
Metode de cercetare cu raze X. Luați în considerare caracteristicile lor mai detaliat.
pauză,
macrostructură,
1. Fractura este cel mai simplu și mai accesibil mod de a evalua structura internă
metale. Metodă de evaluare a îndoielilor, în ciuda aparentei asperități a evaluării
calitatea materialului, este folosit destul de larg în diverse industrii și
cercetare științifică. Evaluarea fracturilor poate caracteriza în multe cazuri calitatea
material.
Fractura poate fi cristalină sau amorfă. Fractura amorfă este caracteristică
pentru materiale necristaline precum sticla, colofoniu,
zguri sticloase.
Aliaje metalice, inclusiv oțel, fontă, aluminiu, magneziu
aliajele, zincul și aliajele sale dau fracturi granulare, cristaline.
Fiecare față a unei fracturi cristaline este un plan de forfecare
un singur bob. Prin urmare, îndoirea ne arată dimensiunea granulelor metalului. Studiind îndoiala
otel, se poate observa ca granulatia poate varia intr-o gama foarte larga: de la
câțiva centimetri turnat, răcit încet, oțel la miimi
milimetru în oțel forjat și călit corespunzător. In functie de marime
boabe, fractura poate fi mare-cristalină și fin-cristalină. De obicei
fractura fin-cristalina corespunde mai mult calitate superioară metal
aliaj.
5
Dacă distrugerea probei de testat procedează de la precedenta
deformare plastică, boabele din planul de fractură sunt deformate, iar fractura nu mai este
reflectă structura cristalină internă a metalului; în acest caz kink
numite fibroase. Adesea într-o singură probă, în funcție de nivelul acesteia
plasticitate, pot exista zone fibroase si cristaline in fractura. Adesea pe
raportul dintre suprafața fracturii ocupată de regiunile cristaline la data
condițiile de testare evaluează calitatea metalului.
Fractura cristalină fragilă poate rezulta din fractura de-a lungul limitelor de cereale
sau de-a lungul planurilor de alunecare care traversează boabele. În primul caz, se numește pauză
intercristalin, în al doilea transcristalin. Uneori, mai ales cu foarte mici
boabe, este dificil de determinat natura fracturii. În acest caz, îndoirea este studiată folosind o lupă sau
microscop binocular.
Recent, ramura științei metalelor s-a dezvoltat în fractografic
studiul fracturilor la microscoape metalografice și electronice. în care
găsiți noi avantaje ale vechii metode de cercetare în știința metalelor
cercetare
la astfel de studii ale conceptului de fractal
dimensiuni.
punerea în aplicare
pauză,
2. Macrostructura este următoarea metodă de studiere a metalelor.
Cercetarea macrostructurală constă în studierea planului secţiunii produsului sau
proba în direcții longitudinale, transversale sau în orice alte direcții după gravare, fără
utilizarea dispozitivelor de mărire
Demnitate
studiul macrostructural este faptul că cu ajutorul acestuia
metoda, puteți studia structura direct a întregii turnări sau lingouri, forjare,
ștampilare etc. Cu această metodă de cercetare, puteți descoperi intern
defecte metalice: bule, goluri, fisuri, incluziuni de zgură, investigați
structura cristalină a turnării, pentru a studia neomogenitatea cristalizării lingoului și a acestuia.
eterogenitatea chimică (licuare).
Ajutor
lupe.
la
sau
Folosind amprente cu sulf ale macrosecțiunilor pe hârtie fotografică conform lui Bauman, se determină
repartizarea neuniformă a sulfului pe secțiunea lingourilor. Mare importanță aceasta metoda
cercetarea are în studiul semifabricatelor forjate sau ștanțate pt
determinarea directiei corecte a fibrelor in metal.
3. Microstructura una dintre principalele metode în metalurgie este
studiul microstructurii metalelor pe metalografice și electronice
microscoape.
Această metodă face posibilă studierea microstructurii obiectelor metalice cu dimensiuni mari
măriri: de la 50 la 2000 de ori la microscop metalografic optic și de la
De 2 până la 200 de mii de ori la microscop electronic. Cercetarea microstructurii
produs pe secțiuni lustruite. Pe secțiunile subțiri negravate, prezența a
incluziuni nemetalice precum oxizi, sulfuri, incluziuni de zgură fină
și alte incluziuni care diferă brusc de natura metalului de bază.
Microstructura metalelor și aliajelor este studiată pe secțiuni gravate. Gravurare
produs de obicei acizi slabi, alcaline sau alte soluții, în funcție de
din natura metalului secțiunii subțiri. Acțiunea de gravare este că este diferit
dizolvă diverse componente structurale, colorându-le în diferite tonuri sau
culorile. Limitele granulelor, altele decât soluția de bază, sunt de obicei gravate
diferit de baza si iese in evidenta pe sectiunea subtire sub forma unor linii intunecate sau deschise.
Poliedrele de boabe vizibile la microscop sunt secțiuni de boabe
suprafața secțiunii subțiri. Deoarece această secțiune este aleatorie și poate avea loc la diferite
distanțe de la centrul fiecărui bob individual, diferența de dimensiuni ale poliedrelor nu este
corespunde diferențelor reale de mărime a granulelor. Cea mai apropiată valoare de
6
mărimea reală a boabelor este cea mai mare bob.
Când gravați o probă constând din boabe cristaline omogene,
de exemplu, se observă adesea metal pur, soluție solidă omogenă etc
suprafețe gravate diferit de granule diferite.
Acest fenomen se explică prin faptul că pe suprafața microsecțiunii ies boabe, având
diferite orientări cristalografice, în urma cărora gradul de expunere
acizii pentru aceste cereale sunt diferiți. Unele boabe par strălucitoare, altele
puternic gravat, întunecat. Această întunecare este asociată cu formarea diferitelor
figuri gravate, reflectând diferit razele de lumină. În cazul aliajelor, separați
componentele structurale formează un microrelief pe suprafața unei secțiuni subțiri, care are
zone cu pante diferite ale suprafețelor individuale.
Zonele normale reflectă cea mai mare lumină și
se dovedesc a fi cel mai usor. Alte zone sunt mai întunecate. Adesea contrastul în
imaginea structurii boabelor este asociată nu cu structura suprafeței boabelor, ci cu
relief la limitele cerealelor. În plus, diferite nuanțe de componente structurale
poate fi rezultatul formării peliculelor formate în timpul interacțiunii
gravare cu componente structurale.
Cu ajutorul examinării metalografice, este posibil să se efectueze o înaltă calitate
identificarea componentelor structurale ale aliajelor și studiul cantitativ al microstructurilor
metale
studiat
microcomponente ale structurilor și, în al doilea rând, prin metode speciale de cantitativ
metalografie.
în primul rând, prin comparație
cu cunoscute
aliaje,
și
Se determină mărimea granulelor. Prin metoda evaluării vizuale, constând în faptul că
microstructură considerată, estimată aproximativ prin puncte ale scalelor standard
conform GOST 563968, GOST 564068. Conform tabelelor corespunzătoare, pentru fiecare punct
se determină aria unui bob și numărul de boabe la 1 mm2 și în 1 mm3.
Numărând numărul de boabe pe unitatea de suprafață a unei secțiuni subțiri cu
formule corespunzătoare. Dacă S este aria pe care numărul de
granulele n, și M mărirea microscopului, atunci valoarea medie boabe în secțiunea transversală a suprafeței
secțiune subțire
Determinarea compoziției fazelor. Compoziția de fază a aliajului este adesea evaluată cu ochi sau
prin compararea structurii cu scale standard.
O metodă aproximativă pentru determinarea cantitativă a compoziției fazei poate fi
efectuată prin metoda secantei cu calculul lungimilor segmentelor ocupate de diferite
componente structurale. Raportul acestor segmente corespunde volumetricului
conținutul componentelor individuale.
Metoda punctului A.A. Glagoleva. Această metodă se realizează prin evaluare
numărul de puncte (puncte de intersecție ale reticulului ocular al microscopului) care se încadrează
suprafața fiecărei componente structurale. În plus, prin metoda cantitativă
metalografie produce: determinarea dimensiunii interfeței dintre faze și boabe;
determinarea numărului de particule din volum; determinarea orientării granulelor în policristalin
mostre.
4. Electronice
microscopie. Mare
în metalografică
cercetările au descoperit recent un microscop electronic. Fără îndoială, el
un viitor mare îi aparține. Dacă rezoluţia microscopului optic
atinge valori de 0,00015 mm = 1500 A, apoi rezoluția electronică
microscoapele ajunge la 510 A, adică de câteva sute de ori mai mult decât optic.
sens
Un microscop electronic este folosit pentru a studia peliculele subțiri (replici),
luate de pe suprafața unei secțiuni subțiri sau studiu direct al metalului subțire
pelicule obţinute prin subţierea unei probe masive.
7
Cei mai mulți au nevoie de microscopie electronică
studii ale proceselor asociate cu eliberarea fazelor în exces, de exemplu, dezintegrarea
soluții solide suprasaturate în timpul îmbătrânirii termice sau prin deformare.
5. Metode de cercetare cu raze X. Una dintre cele mai importante metode în
stabilirea structurii cristalografice a diferitelor metale şi aliaje este
Analiza structurală cu raze X. Această metodă de cercetare face posibilă determinarea
natura aranjarii reciproce a atomilor in corpuri cristaline, i.e. Pentru a rezolva sarcina,
nu este accesibil nici unui microscop convențional, nici unui microscop electronic.
Analiza structurală cu raze X se bazează pe interacțiunea dintre
Raze X și atomii corpului investigat care se află în calea lor, datorită
la care acestea din urmă devin, parcă, noi surse de raze X,
fiind centrele de dispersie a acestora.
Imprăștirea razelor de către atomi poate fi asemănată cu reflectarea acestor raze din atom
planuri cristaline conform legilor opticii geometrice.
Razele X sunt reflectate nu numai de la avioanele aflate întins
suprafață, dar și din adâncime. Reflectând din mai multe orientate egal
plane, fasciculul reflectat este amplificat. Fiecare plan al rețelei cristaline
dă propriul fascicul de unde reflectate. Primind o anumită alternanță de reflectat
fascicule de raze X la anumite unghiuri, calculați interplanarul
distanță, indici cristalografi ai planurilor reflectorizante, în cele din urmă,
forma și dimensiunea rețelei cristaline.
Partea practică
Conținutul raportului.
1. Este necesar să se indice titlul și scopul lucrării în raport.
2. Enumerați proprietățile fizice de bază ale metalelor (cu definiții).
3. Înregistrați în caiet Tabelul 12. Trageți concluzii din tabele.
4. Completați tabelul: „Metode de cercetare de bază în știința materialelor”.
Numele metodei
Ce se studiază
Esența metodei
Dispozitive,
pentru cercetare
necesarul
Pauză
Macrostructură
Microstructură
Electronic
microscopie
raze X
metode de cercetare
8
Lucrare practică numărul 2
Subiect: „Explorarea diagramelor de stare”
Scopul lucrării: familiarizarea elevilor cu principalele tipuri de diagrame de stare,
liniile lor principale, punctele, sensul lor.
Progres:
1. Învață partea teoretică.
Partea teoretică
Diagrama de stare este imagine grafică averi
orice aliaj al sistemului studiat, în funcție de concentrație și temperatură (vezi Fig.
1)
9
Fig. 1 Diagrama de stare
Diagramele de stare arată stările de echilibru, de ex. afirmă că
în aceste condiţii au un minim energie gratisși prin urmare și el
se numește diagramă de echilibru, deoarece arată care, în condiții date
există faze de echilibru.
Construcția diagramelor de stare se realizează cel mai adesea folosind
analiza termica. Ca urmare, se obține o serie de curbe de răcire, în care at
la temperaturi de transformări de fază, puncte de inflexiune și temperatură
Stop.
Temperaturile corespunzătoare transformărilor de fază sunt numite critice.
puncte. niste puncte critice au nume, de exemplu, puncte corespunzătoare
începutul cristalizării se numește puncte lichidus, iar sfârșitul cristalizării
solidus.
Curbele de răcire sunt folosite pentru a construi o diagramă de compoziție în coordonatele: de-a lungul axei absciselor
concentrația componentelor, temperatura pe axa ordonatelor. Scala de concentrare arată
continutul componentului B. Liniile principale sunt liniile liquidus (1) si solidus
(2), precum și liniile corespunzătoare transformărilor de fază în stare solidă (3, 4).
Diagrama de fază poate fi utilizată pentru a determina temperaturile transformărilor de fază,
o modificare a compoziției fazei, aproximativ, proprietățile aliajului, tipurile de prelucrare care
poate fi folosit pentru aliere.
Mai jos sunt diferitele tipuri de diagrame de stare:
10
Fig. 2. Diagrama de stare a aliajelor cu solubilitate nelimitată
componente în stare solidă (a); curbe de răcire tipice
aliaje (b)
Analiza diagramei rezultate (Fig. 2).
1. Numărul componentelor: K = 2 (componentele A și B).
2. Numărul de faze: f = 2 (fază lichidă L, cristale de soluție solidă
3. Principalele linii ale diagramei:
acb - linie liquidus, deasupra acestei linii aliajele sunt în stare lichidă;
adb - solidus line, sub această linie aliajele sunt în stare solidă.
Fig. 3. Diagrama de stare a aliajelor fără solubilitatea componentelor în
stare solidă (a) și curbele de răcire ale aliajelor (b)
Analiza diagramei de stare (Fig. 3).
2. Numărul de faze: f = 3 (cristale din componenta A, cristale din componenta B, fază lichidă).
3. Principalele linii ale diagramei:
11
linia solidus ecf, paralela cu axa concentratiei tinde spre axele componentelor, dar
nu ajunge la ei;
Orez. 4. Diagrama stării aliajelor cu solubilitate limitată a componentelor în
stare solidă (a) și curbele de răcire ale aliajelor tipice (b)
Analiza diagramei de stare (Fig. 4).
1. Numărul componentelor: K = 2 (componentele A și B);
2. Numărul de faze: f = 3 (fază lichidă și cristale de soluții solide
B în componenta A) și
(soluția componentului A din componenta B));
(soluție componente
3. Principalele linii ale diagramei:
linia liquidus acb, este formată din două ramuri, convergente într-un punct;
solidus line adcfb, constă din trei secțiuni;
dm este linia concentrației limită a componentului B din componenta A;
fn este linia concentrației limită a componentului A din componenta B.
Partea practică
Temă pentru studenți:
1. Notați titlul postului și scopul acestuia.
2. Notează ce este o diagramă de stare.
Răspunde la întrebările:
1. Cum este construită diagrama de stare?
2. Ce se poate determina din diagrama de stare?
3. Care sunt numele punctelor principale ale diagramei?
4. Ce este indicat pe diagramă de-a lungul abscisei? Axa Y?
5. Cum se numesc liniile principale ale diagramei?
Atribuire după opțiuni:
Elevii răspund la aceleași întrebări, desenele sunt diferite, conform
care trebuie să răspundă. Opțiunea 1 oferă răspunsuri la Figura 2, Opțiunea 2 oferă răspunsuri la
Figura 3, opțiunea 3 oferă răspunsuri la Figura 4. Cifra trebuie înregistrată într-un caiet.
1. Care este numele diagramei?
2. Care sunt componentele implicate în formarea aliajului?
12
3. Ce litere reprezintă liniile principale ale diagramei?
Lucrare practică numărul 3
Subiect: „Studiul fontelor”
fonte; formarea capacității de a descifra gradele de fontă.
Progres:
Partea teoretică
Fonta diferă de oțel: compoziția sa are un conținut mai mare de carbon și
impurităţi; prin proprietăți tehnologice, proprietăți de turnare mai mari, scăzute
capacitatea de deformare plastică, aproape niciodată folosită în structurile sudate.
În funcție de starea carbonului din fontă, acestea se disting: fontă albă -
carbon în stare legată sub forma de cementita, intr-o fractura are culoarea alba si
luciu metalic; fontă cenușie - tot sau cea mai mare parte a carbonului este în
starea liberă sub formă de grafit, iar în starea legată nu este mai mare de 0,8
% carbon. Datorită cantității mari de grafit, fractura acestuia este de culoare gri;
jumătate - o parte din carbon este în stare liberă sub formă de grafit, dar
nu mai puțin de 2% carbon este sub formă de cementită. Se folosește puțin în tehnologie.
În funcție de forma grafitului și de condițiile de formare a acestuia, se disting următoarele:
grupe din fontă: gri cu grafit lamelar; de mare rezistență cu sferic
grafit; maleabil cu grafit fulgi.
Incluziunile de grafit pot fi văzute ca corespunzătoare formei golului
în structura fontei. Tensiunile sunt concentrate în apropierea unor astfel de defecte în timpul încărcării,
a cărui valoare este cu atât mai mare, cu atât defectul este mai clar. De aici rezultă că grafitul
incluziunile lamelare înmoaie metalul în măsura maximă. Mai mult
forma fulgioasă este favorabilă, iar forma sferică a grafitului este optimă.
Plasticitatea depinde de formă în același mod. Prezența grafitului este cea mai dramatică
reduce rezistenta in cazul metodelor de incarcare dura: soc; pauză. Rezistenţă
compresia scade putin.
Fonte cenușii
Fonta cenușie este utilizată pe scară largă în inginerie mecanică, deoarece este ușor
prelucrat și are proprietăți bune. În funcție de putere, gri
fonta este împărțită în 10 grade (GOST 1412).
Fontele cenușii cu rezistență scăzută la tracțiune au un nivel suficient de ridicat
rezistenta la compresie. Structura bazei metalice depinde de cantitatea de carbon și
siliciu.
Având în vedere rezistența scăzută a pieselor turnate din fontă gri la tracțiune și
sarcini de șoc, utilizați acest material pentru piese care
sunt supuse sarcinilor de compresiune sau încovoiere. În construcția de mașini-unelte, acestea sunt de bază,
piese de caroserie, console, roți dințate, ghidaje; în blocurile din industria auto
cilindri, segmente de piston, arbori cu came, discuri de ambreiaj. Piese turnate din
fonta cenușie se folosește și în electrotehnică, pentru fabricarea mărfurilor
consumul consumatorilor.
Marcarea fontelor cenușii: indicată prin indicele СЧ (fontă cenușie) și numărul,
care arată valoarea rezistenței la tracțiune înmulțită cu 101.
13
De exemplu: SCH 10 - fontă gri, rezistență la tracțiune 100 MPa.
Fontă maleabilă
Proprietăți bune ale turnărilor sunt asigurate dacă în timpul cristalizării și
răcirea pieselor turnate în matriță nu are loc procesul de grafitizare. La
previne grafitizarea, fontele trebuie să aibă un conținut redus de carbon și
siliciu.
Există 7 grade de fontă maleabilă: trei cu feritic (KCH 30 6) și patru cu
perlit (KCH 65 3) bază (GOST 1215).
Din punct de vedere al proprietăților mecanice și tehnologice, fonta ductilă ocupă
poziție intermediară între fierul cenușiu și oțelul. Dezavantajul fierului ductil
în comparaţie cu rezistenţa mare este limitarea grosimii peretelui pentru turnare şi
nevoia de recoacere.
Piesele turnate din fontă ductilă sunt utilizate pentru piesele care funcționează sub șoc și
sarcinile de vibrație.
Fonta feritică este utilizată pentru a face carcase de cutie de viteze, butuci, cârlige, console,
cleme, cuplaje, flanse.
Din fonte perlitice, caracterizate prin rezistență ridicată, suficientă
plasticitatea, furcile arborilor cardanici, verigile și rolele lanțurilor transportoare sunt realizate,
plăcuțe de frână.
Marcare fontă maleabilă: desemnată prin indicele KCH (fontă maleabilă) și
numerele. Primul număr este rezistența la tracțiune înmulțită cu
101, al doilea număr este alungirea.
De exemplu: KCH 306 - fontă ductilă, rezistență la tracțiune 300MPa,
alungire 6%.
Fier ductil
Aceste fonte sunt obținute din cele gri, ca urmare a modificării cu magneziu sau
ceriu. Comparativ cu fontele cenușii, proprietățile mecanice sunt îmbunătățite, aceasta
cauzate de absenţa distribuţiei neuniforme a tensiunilor din cauza sfericului
forme de grafit.
Aceste fonte au fluiditate ridicată, contracție liniară de aproximativ 1%.
Tensiunile de turnătorie în piese turnate sunt puțin mai mari decât pentru fonta cenușie. Izza
modul mare de elasticitate, prelucrabilitate suficient de mare. Poseda
sudabilitate satisfăcătoare.
Piesele turnate cu pereți subțiri (inele de piston) sunt realizate din fontă de înaltă rezistență,
forjare ciocane, paturi și cadre de prese și laminoare, matrițe,
suporturi de scule, plăci frontale.
Piese turnate de arbori cotiți cu o greutate de până la 2..3 t, în locul arborilor din oțel forjat,
au o vâscozitate ciclică mai mare, sunt insensibile la
extern
concentratoare de stres, au proprietăți antifricțiune mai bune și
mult mai ieftin.
Marcare fontă ductilă: indicată de indicele HF (ductil
fontă) și un număr care indică valoarea rezistenței la tracțiune înmulțită cu 101.
De exemplu: VCh 50 - fontă ductilă cu rezistență maximă la tracțiune
500 MPa.
Temă pentru studenți:
1. Notați titlul lucrării, scopul acesteia.
Partea practică
14
2. Descrieți producția de fontă brută.
3. Completați tabelul:
Proprietăți fontă
Marcaj din fontă
Aplicare fontă
Nume din fontă
1. Fonte gri
2 fiare maleabile
3. Rezistenta mare
fonte
Subiect: „Studiul oțelurilor de structură carbon și aliate”
Lucrare practică numărul 4
Scopul lucrării: familiarizarea elevilor cu notarea și domeniul de aplicare
marcaj de decodare
modelarea
aptitudini
oteluri;
structural
oteluri de structura.
Progres:
1. Familiarizați-vă cu partea teoretică.
2. Finalizați sarcinile părții practice.
Partea teoretică
Oțelul este un aliaj de fier cu carbon, în care carbonul este conținut în cantitate de 0
2,14%. Oțelurile sunt cele mai comune materiale. Are bun
tăiere.
compoziția și tipul de prelucrare.
împărțit în oțeluri:
˗
Calitate obișnuită, conținut de până la 0,06% sulf și până la 0,07% fosfor.
˗
Calitate până la 0,035% sulf și fosfor fiecare separat.
˗
Calitate înaltă până la 0,025% sulf și fosfor.
˗
În special de înaltă calitate, până la 0,025% fosfor și până la 0,015% sulf.
Dezoxidarea este procesul de îndepărtare a oxigenului din oțel, adică în funcție de gradul acestuia
dezoxidare, exista: oteluri calme, adica complet dezoxidate; astfel de oțel
desemnate prin literele „cn” la sfârșitul ștampilei (uneori literele sunt omise); oteluri fierbinti -
usor dezoxidat; marcat cu literele „kp”; oţeluri pe jumătate moarte ocupând
poziție intermediară între cele două anterioare; notat cu literele „ps”.
Oțelul de calitate obișnuită este, de asemenea, împărțit în funcție de aprovizionare în 3 grupe: oțel
grupa A este furnizată consumatorilor din punct de vedere al proprietăților mecanice (un astfel de recipient de oțel
au un conținut ridicat de sulf sau fosfor); oțel din grupa B - prin chimicale
compoziţie; oțel din grupa B - cu proprietăți mecanice și chimice garantate
compoziţie.
Otelurile de structura sunt destinate fabricarii de structuri, piese de masini
si aparate.
Deci, în Rusia și în țările CSI (Ucraina, Kazahstan, Belarus etc.)
sistemul de desemnare alfanumeric pentru calitățile de oțel și
15
˗
cameră.
˗
deveni.
˗
otelul nu se pune.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
˗
aliaje, în care, conform GOST, literele denotă în mod convențional denumirile elementelor și metodelor
topirea oțelului și în număr
- continutul elementelor. Până acum
organizațiile internaționale de standardizare nu au dezvoltat un sistem unificat de etichetare
oteluri.
Marcarea oțelurilor carbonice structurale
calitate obișnuită
Desemnat în conformitate cu GOST 38094 cu literele „St” și numărul condiționat al mărcii (de la 0 la 6) în
în funcţie de compoziţia chimică şi proprietăţile mecanice.
Cu cât este mai mare conținutul de carbon și proprietățile de rezistență ale oțelului, cu atât este mai mare
Litera „G” după numărul mărcii indică un conținut crescut de mangan în
Grupul de oțel este indicat în fața mărcii, iar grupul „A” în denumirea mărcii
Pentru a indica categoria de oțel, se adaugă un număr la sfârșit la desemnarea gradului
corespunzătoare unei categorii, prima categorie nu este de obicei indicată.
De exemplu:
˗
St1kp2 oțel carbon de calitate obișnuită, fierbinte, clasa nr. 1,
a doua categorie, furnizată consumatorilor prin proprietăți mecanice (grupa A);
Oțel carbon VSt5G de calitate obișnuită cu sporit
continut mangan, calm, nota 5, categoria I cu garantat
proprietăţi mecanice şi compoziție chimică(grupa B);
ВСт0 oțel carbon de calitate obișnuită, clasa numărul 0, grupa B,
prima categorie (clasele de oțel St0 și Bst0 nu se împart în funcție de gradul de dezoxidare).
Marcarea oțelurilor carbon structurale de calitate
În conformitate cu GOST 105088, aceste oțeluri sunt marcate cu numere din două cifre,
care arată conținutul mediu de carbon în sutimi de procent: 05; 08; 10; 25;
40, 45 etc.
˗
Pentru oțelurile reținute, nu sunt adăugate litere la sfârșitul numelui lor.
De exemplu, 08kp, 10ps, 15, 18kp, 20 etc.
˗
Litera G dintr-o calitate de oțel indică un conținut ridicat de mangan.
De exemplu: 14G, 18G etc.
˗
Cel mai comun grup pentru fabricarea pieselor de mașini (arbori, osii,
bucșe, angrenaje etc.)
De exemplu:
˗
10 - oțel structural de calitate carbon, cu conținut de carbon
aproximativ 0,1%, calm
aproximativ 0,45%, calm
45 - oțel structural de calitate carbon, cu conținut de carbon
18 kp - oțel structural de calitate carbon care conține
carbon aproximativ 0,18%, la fierbere
˗
14G - oțel structural de calitate carbon cu conținut de carbon
aproximativ 0,14%, calm, cu un continut ridicat de mangan.
Marcarea oțelurilor de structură aliate
˗
În conformitate cu GOST 454371, numele unor astfel de oțeluri constau din numere și litere.
˗
Primele cifre ale mărcii indică conținutul mediu de carbon din oțel în sutimi
fracţiuni de procent.
˗
Literele indică principalele elemente de aliere incluse în oțel.
˗
Cifrele de după fiecare literă indică aproximativ procent
a elementului corespunzător, rotunjit la cel mai apropiat număr întreg, cu conținutul de aliere
16
˗
˗
˗
˗
˗
˗
Marcarea altor grupe de oțeluri de structură
Arc de otel.
˗
Principala caracteristică distinctivă a acestor oțeluri este aceea că conținutul de carbon din ele trebuie
fi de aproximativ 0,8% (în acest caz, proprietățile elastice apar în oțeluri)
Arcurile și arcurile sunt fabricate din carbon (65,70,75,80) și aliate
(65S2, 50HGS, 60S2HFA, 55HGR) din oțeluri de structură
Aceste oțeluri sunt aliate cu elemente care măresc limita elastică - siliciu,
mangan, crom, wolfram, vanadiu, bor
De exemplu: 60S2 - oțel carbon structural cu arc
conținut de carbon aproximativ 0,65%, siliciu aproximativ 2%.
GOST 80178 este marcat cu literele „ШХ”, după care este indicat conținutul
Oțeluri pentru rulmenți cu bile
˗
crom în zecimi de procent.
Pentru oțelurile supuse retopirii electrozgurii se adaugă litera Ш
tot la sfârșitul numelor lor, despărțite printr-o liniuță.
De exemplu: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4Ш.
˗
Sunt folosite pentru a face piese pentru rulmenți, sunt folosite și pentru fabricație
piesele care funcționează la sarcini mari.
De exemplu: ШХ15 - rulment cu bile din oțel structural care conține
carbon 1%, crom 1,5%
˗
GOST 141475 începe cu litera A (automat).
˗
Dacă oțelul este aliat cu plumb, atunci numele său începe cu litere
Oteluri automate
AC.
element până la 1,5%, cifra din spatele literei corespunzătoare nu este indicată.
Litera A de la sfârșitul clasei indică faptul că oțelul este de înaltă calitate (cu
conținut scăzut de sulf și fosfor)
˗
N - nichel, X - crom, K - cobalt, M - molibden, B - tungsten, T - titan, D
- cupru, G - mangan, C - siliciu.
De exemplu:
˗
12Х2Н4А - oțel aliat structural, de înaltă calitate, cu
conținut de carbon aproximativ 0,12%, crom aproximativ 2%, nichel aproximativ 4%
40ХН - oțel aliat structural, cu un conținut de carbon de aproximativ 0,4%,
crom și nichel până la 1,5%
Pentru a reflecta conținutul altor elemente din oțeluri, la fel
reguli ca și pentru oțelurile de structură aliate. De exemplu: A20, A40G, AC14,
AS38HGM
De exemplu: АС40 - oțel structural automat cu conținut de carbon
0,4%, plumb 0,150,3% (nespecificat în marcă)
Partea practică
Temă pentru studenți:
2. Notați principalele semne de marcare ale tuturor grupelor de oțeluri de structură
(oțeluri de calitate obișnuită, de înaltă calitate, oțeluri de structură aliate,
încărcat cu arc
oteluri, oteluri pentru rulmenti cu bile, oteluri automate), cu
exemple.
Atribuire după opțiuni:
1.
Descifrează clasele de oțel și notează aria de aplicare a unui anumit
marca (adică ceea ce este destinat fabricării)
17
Nu. Sarcină pentru opțiunea 1
St0
1
BST3Gps
2
08
3
40
4
18Х2Н4МА
5
30HGSA
6
70
7
55S2A
8
9
50HFA
10 ШХ4Ш
11
A40
Sarcina pentru opțiunea 2
St3
VSt3ps
10
45
12ХН3А
38HMYUA
85
60S2X2
55S2
SHX20
A11
Lucrare practică numărul 5
Subiect: „Studiul oțelurilor de scule carbon și aliate”
Scopul lucrării: familiarizarea elevilor cu notarea și domeniul de aplicare
marcaj de decodare
modelarea
aptitudini
structural
oteluri de structura.
oteluri;
Progres:
1. Familiarizați-vă cu partea teoretică.
2. Finalizați sarcina părții practice.
Oțelul este un aliaj de fier cu carbon, în care carbonul este conținut în cantitate de 0
Partea teoretică
2,14%.
Oțelurile sunt cele mai comune materiale. Are bun
proprietăți tehnologice. Produsele se obțin ca urmare a tratamentului sub presiune și
tăiere.
Avantajul este capacitatea de a obține setul dorit de proprietăți prin schimbare
compoziția și tipul de prelucrare.
În funcție de scop, oțelurile sunt împărțite în 3 grupe: structurale,
oţel instrumental şi special.
Calitate în funcție de conținutul de impurități nocive: oțel cu sulf și fosfor
subdivizată în: oțeluri de calitate obișnuită, conținut de sulf până la 0,06% și până la 0,07%
fosfor; de înaltă calitate până la 0,035% sulf și fosfor fiecare separat;
calitate înaltă până la 0,025% sulf și fosfor; deosebit de înaltă calitate, până la 0,025%
fosfor și până la 0,015% sulf.
Oțelurile pentru scule sunt concepute pentru fabricarea diferitelor unelte,
atât pentru prelucrare manuală, cât și pentru mecanică.
Disponibilitatea unei game largi de oțeluri și aliaje fabricate fabricate în
diferite țări, au făcut însă necesară identificarea acestora până în prezent
timp, nu există un sistem unic de marcare a oțelurilor și aliajelor, care creează
anumite dificultăți pentru comerțul cu metale.
Marcarea oțelurilor carbon pentru scule
˗
Aceste oțeluri în conformitate cu GOST 143590 sunt împărțite în de înaltă calitate și
calitate superioară.
18
Oțelurile de calitate sunt desemnate prin litera U (carbon) și un număr care indică
conținutul mediu de carbon în oțel, în zecimi de procent.
De exemplu: U7, U8, U9, U10. U7 - otel carbon pentru scule cu
conținut de carbon aproximativ 0,7%
Litera A se adaugă la denumirea oțelurilor de înaltă calitate (U8A, U12A și
etc.). În plus, în denumirile atât de înaltă calitate, cât și de înaltă calitate
oțeluri de scule carbon, litera G poate fi prezentă, indicând
conținut crescut de mangan în oțel.
De exemplu: U8G, U8GA. U8A - oțel de scule carbon cu
conținut de carbon de aproximativ 0,8%, de înaltă calitate.
Ei fac un instrument pentru lucru manual (daltă, poanson central, scrib etc.),
lucrari mecanice la viteze mici (burghii).
Marcarea oțelurilor de scule aliate
Reguli de desemnare pentru oțelurile aliate pentru scule în conformitate cu GOST 595073 in
practic la fel ca pentru aliajul structural.
Diferența constă numai în numerele care indică fracția de masă a carbonului în
deveni.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
Procentul de carbon este indicat și la începutul denumirii.
oțel, în zecimi de procent, și nu în sutimi, ca pentru aliajul structural
oteluri.
˗
Dacă în oțelul aliat pentru scule conținutul de carbon este
aproximativ 1,0%, atunci cifra corespunzătoare de la începutul numelui său nu este de obicei indicată.
Să dăm exemple: oțel 4X2V5MF, KhVG, KhVCh.
˗
9Х5ВФ - oțel de scule aliat, cu un conținut de carbon de aproximativ
0,9%, crom aproximativ 5%, vanadiu și wolfram până la 1%
Marcaj din aliaj de mare (de mare viteză).
oteluri pentru scule
Desemnată prin litera „P”, următoarea cifră indică procentul
conținutul de wolfram din el: Spre deosebire de oțelurile aliate din denumiri
otelurile rapide nu indica procentul de crom, deoarece se ridică la
aproximativ 4% în toate oțelurile și carbon (este proporțional cu conținutul de vanadiu).
˗
Litera F, care indică prezența vanadiului, este indicată numai dacă
conținutul de vanadiu este de peste 2,5%.
De exemplu: R6M5, R18, R6 M5F3.
˗
De obicei, sculele de înaltă performanță sunt fabricate din aceste oțeluri: burghie,
freze etc. (pentru a reduce costul, doar partea de lucru)
De exemplu: R6M5K2 - oțel de mare viteză, cu un conținut de carbon de aproximativ 1%,
wolfram aproximativ 6%, crom aproximativ 4%, vanadiu până la 2,5%, molibden aproximativ 5%, cobalt
aproximativ 2%.
Partea practică
Temă pentru studenți:
1. Notați titlul lucrării, scopul acesteia.
2. Notați principiile de bază ale marcarii tuturor grupelor de oțeluri pentru scule
(carbon, aliat, înalt aliat)
Atribuire după opțiuni:
1. Descifrați clasele de oțel și notați zona de aplicare a unui anumit grad
(adică ceea ce este destinat să producă).
19
Nu. Sarcină pentru opțiunea 1
1
2
3
4
5
6
U8
U13A
X
HVSG
P18
R6M5
Sarcina pentru opțiunea 2
U9
U8A
9XC
CVH
P6
R6M5F3
Lucrare practică numărul 6
Tema: „Studiul aliajelor pe bază de cupru: alamă, bronz”
Scopul lucrării: familiarizarea elevilor cu notarea și domeniul de aplicare
metale neferoase - cupru și aliaje pe bază de acesta: alamă și bronz; modelarea
capacitatea de a descifra marcajul alamei și bronzului.
Recomandări pentru studenți: înainte de a începe practica
părți ale temei, citiți cu atenție prevederile teoretice, precum și prelegerile
în dumneavoastră registru de lucru pe această temă.
Progres:
1. Familiarizați-vă cu partea teoretică.
2. Finalizați sarcina părții practice.
Partea teoretică
Alamă
Alama poate conține până la 45% zinc. Îmbunătățirea conținutului
zinc până la 45% duce la o creștere a rezistenței finale până la 450 MPa. Maxim
plasticitatea are loc la un conținut de zinc de aproximativ 37%.
După metoda de fabricare a produselor, se disting alama deformabilă și cea de turnătorie.
Alama deformabilă este marcată cu litera L urmată de un număr,
arătând procentul de cupru, de exemplu, alama L62 conține 62% cupru
și 38% zinc. Dacă, pe lângă cupru și zinc, există și alte elemente, atunci acestea sunt puse
literele inițiale (O staniu, C plumb, F fier, P fosfor, Mts mangan, A
aluminiu, zinc zinc).
Numărul acestor elemente este indicat prin numerele corespunzătoare după număr,
care arată conținutul de cupru, de exemplu, aliajul LAZh6011 conține 60% cupru, 1%
aluminiu, 1% fier și 38% zinc.
Alama are o rezistență bună la coroziune, care poate fi îmbunătățită
suplimentar cu aditiv de staniu. Alama LO70 1 rezistenta la coroziune in apa de mare
20
și se numește „alama marină”. Adăugarea de nichel și fier mărește mecanica
rezistență de până la 550 MPa.
Alama turnată este de asemenea marcată cu litera L, după denumirea literei
se pune elementul de aliere principal (zinc) și fiecare număr ulterior,
indicând conținutul său mediu în aliaj. De exemplu, alamă ЛЦ23А6Ж3МЦ2
conține 23% zinc, 6% aluminiu, 3% fier, 2% mangan. Cel mai bun
alama mărcii LTs16K4 posedă fluiditate. Alama de turnătorie include alama
tip ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМЦ. Alama turnată nu este predispusă la lichiare, au
contracție concentrată, se obțin piese turnate cu densitate mare.
Alama este un material bun pentru structurile care operează sub
temperaturi negative.
Aliajele de cupru cu alte elemente decât zincul se numesc bronzuri. Bronz
Bronz
se împart în forjat și turnat.
La marcarea bronzurilor deformabile se pun pe primul loc, apoi, literele Br
litere care indică ce elemente, altele decât cuprul, sunt incluse în aliaj. După ce se duc scrisorile
numere care arată conținutul componentelor din float. De exemplu, marca BROF101
înseamnă că bronzul conține 10% staniu, 1% fosfor, restul este cupru.
Bronzurile turnate încep și cu literele Br, apoi indică
denumiri litere ale elementelor de aliere și se pune un număr care indică acest lucru
continutul mediu al aliajului. De exemplu, bronzul BrO3Ts12S5 conține 3% staniu, 12
% zinc, 5% plumb, restul este cupru.
Bronzuri de staniu Când cuprul și staniul sunt topite, se formează soluții solide. Aceste
aliajele sunt foarte predispuse la segregare datorită intervalului mare de temperatură
cristalizare. Din cauza segregării, aliajele cu un conținut de staniu peste 5% sunt
favorabil pentru piese precum lagărele de alunecare: faza moale asigură
bun rulaj, particulele solide creează rezistență la uzură. Asa de
bronzurile de cositor sunt bune materiale anti-frecare.
Bronzurile de staniu au, prin urmare, o contracție volumetrică scăzută (aproximativ 0,8%)
folosit în turnarea artistică. Prezența fosforului asigură bună
fluiditate. Bronzurile de tablă sunt împărțite în cele forjate și turnate.
În bronzurile deformabile, conținutul de staniu nu trebuie să depășească 6%, pt
asigurand plasticitatea ceruta, BrOF6,50,15. În funcție de compoziție
Bronzurile deformabile se disting prin rezistență mecanică ridicată, anticoroziune,
proprietăți anti-frecare și elastice și sunt utilizate în diverse industrii
industrie. Barele, tevile, banda, sarma sunt realizate din aceste aliaje.
Partea practică
Temă pentru studenți:
1. Notează titlul și scopul lucrării.
2. Completați tabelul:
Nume
aliaj, ei
definiție
Principalul
proprietăți
aliaj
Exemplu
marcajele
Decriptare
timbre
Regiune
aplicarea
21
Lucrare practică numărul 7
Subiect: „Studiul aliajelor de aluminiu”
Scopul lucrării: familiarizarea elevilor cu notarea și domeniul de aplicare
metale neferoase - aluminiu și aliaje pe bază de acesta; studiul caracteristicilor aplicației
aliaje de aluminiu în funcție de compoziția lor.
Recomandări pentru studenți:
înainte de a începe
partea practică a sarcinii, citiți cu atenție prevederile teoretice și
Vedeți, de asemenea, prelegeri în registrul dvs. de lucru pe acest subiect.
Progres:
1. Familiarizați-vă cu partea teoretică.
2. Finalizați sarcina părții practice.
Partea teoretică
Principiul de marcare a aliajelor de aluminiu. La început este indicat tipul de aliaj: D
aliaje de tip duraluminiu; Și aluminiu tehnic; AK aluminiu maleabil
aliaje; În aliaje de înaltă rezistență; Aliaje de turnare AL.
În plus, este indicat numărul condiționat al aliajului. Numărul condiționat este urmat de
denumire care caracterizează starea aliajului: M moale (recoace); T
tratat termic (întărire plus îmbătrânire); N prelucrat la rece; P -
semi-standardizate.
După proprietățile lor tehnologice, aliajele se împart în trei grupe: forjate
aliaje neîntărite prin tratament termic; aliaje forjate, călitabile
tratament termic; aliaje de turnătorie. Metode de metalurgie a pulberilor
produc aliaje de aluminiu sinterizat (SAS) și pulbere de aluminiu sinterizat
aliaje (SAP).
Aliaje turnate forjate neîntărite prin tratament termic.
Rezistența aluminiului poate fi crescută prin aliere. În aliaje neîntărite
tratament termic, introduceți mangan sau magneziu. Atomii acestor elemente sunt în esență
crește rezistența acestuia, reducând plasticitatea. Sunt indicate aliajele: cu mangan AMts,
cu AMg de magneziu; după desemnarea elementului se indică conținutul acestuia (AMg3).
Magneziul acționează doar ca un întăritor, manganul se întărește și crește
rezistență la coroziune. Rezistența aliajelor crește doar ca urmare a deformării
în stare rece. Cu cât este mai mare gradul de deformare, cu atât crește mai mult
22
rezistența și plasticitatea scade. In functie de gradul de intarire se face distinctia intre
aliaje prelucrate la rece și semiprelucrate (AMg3P).
Aceste aliaje sunt utilizate pentru fabricarea diferitelor recipiente de combustibil sudate,
acizi nitric și alți acizi, structuri cu încărcare scăzută și medie. Deformabil
aliaje întărite la căldură.
Aceste aliaje includ duraluminiu (aliaje complexe de aluminiu
cupru magneziu sau aluminiu cupru magneziu zinc). Au o reducere
rezistența la coroziune, pentru a crește cantitatea de mangan introdus. Duraluminiu
de obicei suferă întărire la o temperatură de 500 ° C și îmbătrânire naturală, care
precedată de o perioadă de incubație de două până la trei ore. Putere maxima
atins după 4,5 zile. Duraluminul este utilizat pe scară largă în construcția de aeronave,
industria auto, constructii.
Aliajele de înaltă rezistență la îmbătrânire sunt aliaje care, pe lângă cuprul și
magneziul conțin zinc. Aliajele B95, B96 au o rezistență la tracțiune de aproximativ 650 MPa.
Consumatorul principal este construcțiile de aeronave (skin, stringers, spars).
la
Forjarea aliajelor de aluminiu AK, AK8 sunt folosite pentru fabricarea pieselor forjate.
temperatura de 380-450 ° C, sunt întărite din
Forjate
temperatura 500-560°C si invechire la 150-165°C timp de 6 ore.
fabricat
Nichel, fier, titan sunt introduse suplimentar în compoziția aliajelor de aluminiu, care
crește temperatura de recristalizare și rezistența la căldură până la 300 ° C.
Pistoane, palete și discuri ale compresoarelor axiale, turboreactoare
motoare.
Aliaje de turnare
Aliajele de turnare includ aliaje ale sistemului aluminiu-siliciu (silici),
conţinând 1013% siliciu. Aditiv la silumin magneziu, cuprul contribuie la efect
întărirea aliajelor de turnare în timpul îmbătrânirii. Titanul și zirconiul macină boabele.
Manganul îmbunătățește proprietățile anticorozive. Crește nichelul și fierul
rezistență la căldură.
Aliajele de turnare sunt marcate de la AL2 la AL20. Siluminile sunt utilizate pe scară largă
pentru fabricarea pieselor turnate pentru aparate si alte incarcate medii si usoare
detalii, inclusiv piese turnate cu pereți subțiri de formă complexă.
Partea practică
Temă pentru studenți:
1. Notați titlul și scopul lucrării.
2. Completați tabelul:
Nume
aliaj, ei
definiție
Principalul
proprietăți
aliaj
Exemplu
marcajele
Decriptare
timbre
Regiune
aplicarea
23
Lucrare de laborator nr 1
Subiect: „Proprietățile mecanice ale metalelor și metodele de studiu (duritatea) a acestora”
Progres:
1. Familiarizați-vă cu prevederile teoretice.
2. Finalizați sarcina instructorului.
3. Faceți un raport conform misiunii.
Partea teoretică
sunt numite
material
Duritate
capacitatea
a rezista
pătrunderea unui alt corp în el. În testele de duritate, un corp încorporat în
material și numit un indentor trebuie să fie mai greu, au sigur
dimensiunea și forma, nu ar trebui să primească deformare permanentă. Teste de duritate
poate fi statică și dinamică. Primul tip include teste
prin metoda de indentare, la a doua prin indentarea de impact. În plus,
Există o metodă de determinare a durității prin zgâriere, sclerometrie.
După valoarea durității metalului, vă puteți face o idee despre nivelul acestuia
proprietăți. De exemplu, cu cât duritatea determinată de presiunea vârfului este mai mare, cu atât
mai puțină ductilitate a metalului și invers.
Testul de duritate a indentării constă în faptul că o probă sub
acțiunea sarcinii este presată în indentor (diamant, oțel călit, dur
aliaj), sub formă de minge, con sau piramidă. După îndepărtarea sarcinii pe
proba rămâne o amprentă, măsurând a cărei valoare (diametru, adâncime sau
diagonală) și comparând-o cu dimensiunile indentatorului și mărimea sarcinii, se poate judeca
despre duritatea metalului.
Duritatea este determinată cu ajutorul unor teste speciale de duritate. Cel mai adesea
duritatea este determinată prin metodele Brinell (GOST 901259) și Rockwell (GOST 901359).
Există cerințe generale pentru pregătirea și testarea probelor
prin aceste metode:
1. Suprafața probei trebuie să fie curată și fără defecte.
2. Probele trebuie să aibă o anumită grosime. După primirea imprimării pe
reversul probei nu trebuie să prezinte semne de deformare.
3. Eșantionul trebuie să fie ferm și stabil pe masă.
4. Sarcina trebuie să acționeze perpendicular pe suprafața probei.
Determinarea durității Brinell
Duritatea Brinell a metalului este determinată prin indentarea într-o probă de un întărit
24
bilă de oțel (Fig. 1) cu diametrul de 10; 5 sau 2,5 mm și sunt exprimate prin numărul de duritate
HB obţinut prin împărţirea sarcinii aplicate P în N sau kgf (1N = 0,1 kgf) la
suprafața amprentei formate pe proba F în mm
Numărul de duritate Brinell HB este exprimat prin raportul sarcinii aplicate F
la zona S a suprafeţei sferice a indentării (găurii) de pe suprafaţa măsurată.
HB =
, (Mpa),
D − √D2 − d2
πD¿
F
S = 2F
¿
Unde
F - sarcina, N;
S este aria suprafeței sferice a amprentei, mm2 (exprimată în termeni de D și d);
D este diametrul bilei, mm;
d - diametrul de indentare, mm;
Valoarea sarcinii F, diametrul bilei D și timpul de reținere sub
sarcină
τ
, sunt selectate conform tabelului 1.
Figura 1. Schema de măsurare a durității prin metoda Brinell.
a) Schema de presare a bilei în metalul testat
sarcina F, D - diametrul bilei, dop - diametrul indentului;
b) Măsurarea diametrului indentării cu lupa (în figura d = 4,2 mm).
Tabelul 1.
Selectarea diametrului bilei, sarcina si mentinerea sarcinii in functie de
asupra durității și grosimii probei
Diametru
bila D,
mm
Grosime
subiect de test
proba, mm
Material
Metale negre
Interval
duritate în
unitati
Brinell,
MPa
14004500
mai mult de 6
6…3
mai putin de 3
mai mult de 6
6…3
10
5
2,5
10
5
Mai puțin de 1400
Extras
sub
sarcină
Cu
, τ
10
Sarcină
F, N (kgf)
29430
(3000)
7355 (750)
1840
(187,5)
9800
(1000)
25
Metale neferoase
și aliaje (cupru,
alamă, bronz,
aliaje de magneziu
si etc.)
3501300
Metale neferoase
(aluminiu,
ținând
aliaje etc.)
80350
mai putin de 3
mai mult de 6
6…3
mai putin de 3
mai mult de 6
6…3
mai putin de 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
Figura 2 prezintă o diagramă a unui dispozitiv de pârghie. Eșantionul este pornit
etapa 4. Rotiți roata de mână 3, ridicați proba cu șurubul 2 până când atinge
cu bila 5 și mai departe până la comprimarea completă a arcului 7, puneți axul 6. Arcul
creează o preîncărcare pe minge egală cu 1 kN (100 kgf), care asigură
poziţia stabilă a probei în timpul încărcării. Apoi includeți
motorul electric 13 și prin angrenajul melcat al cutiei de viteze 12, biela 11 și sistemul de pârghii
8.9, situată în carcasa 1 a testerului de duritate cu greutăți 10 creează o sarcină completă dată
pe minge. Se obține o amprentă sferică pe piesa de testare. După descărcarea dispozitivului
se îndepărtează proba și se determină diametrul imprimării cu o lupă specială. Pentru diametrul calculat
imprimare ia medie valoare aritmetică măsurători în două reciproc
direcții perpendiculare.
Figura 2. Diagrama dispozitivului Brinell
Folosind formula de mai sus, folosind diametrul de indentare măsurat,
se calculează numărul de duritate HB. Numar de duritate in functie de diametrul obtinut
indentarea poate fi găsită și în tabele (vezi tabelul numerelor de duritate).
Când se măsoară duritatea cu o bilă cu diametrul D = 10,0 mm sub o sarcină de F = 29430 N
HB 2335 MPa sau peste
= 10 s - numărul de duritate se scrie după cum urmează:
τ
(3000 kgf), cu viteza obturatorului
denumire veche HB 238 (în kgf / mm2)
Când măsurați duritatea Brinell, țineți cont de următoarele:
1.
Este posibil să se testeze materiale cu o duritate de cel mult HB 4500 MPa, deoarece la
duritate mai mare a probei, are loc o deformare inacceptabilă a bilei în sine;
2.
Pentru a evita perforarea, grosimea minimă a probei nu trebuie să fie
mai puțin de zece ori adâncimea imprimării;
26
3.
4.
patru diametre ale imprimeului;
nu mai puțin de 2,5 d.
Distanța dintre centrele a două imprimeuri adiacente trebuie să fie de cel puțin
Distanța de la centrul adânciturii la suprafața laterală a probei ar trebui să fie
Determinarea durității Rockwell
Conform metodei Rockwell, duritatea metalelor este determinată prin indentare în test
eșantion de bilă de oțel întărit cu un diametru de 1,588 mm sau un con de diamant cu un unghi la
topul
încărcături:
preliminar P0 = 10 kgf și P total egal cu suma P0 preliminară și
sarcinile principale P1 (Fig. 3).
două consecutiv
atașat
acțiune
120o sub
Numărul de duritate Rockwell HR este măsurat în unități convenționale adimensionale și
HRc = 100−
determinate de formulele:
h − h0
0,002 - la apăsarea conului de diamant
h − h0
0,002 - când o bilă de oțel este apăsată,
HRv = 130−
unde 100 este numărul de diviziuni ale scării negre C, 130 este numărul de diviziuni ale scării roșii B
cadranul indicatorului care măsoară adâncimea adâncimii;
h0 este adâncimea de indentare a conului de diamant sau a bilei sub acțiunea lui
preîncărcare. Mm
h este adâncimea de adâncime a conului sau a bilei de diamant sub acțiunea sarcinii totale,
mm
0,002 - valoarea diviziunii la scară a cadranului indicator (mișcarea conului de diamant
la măsurarea durității de 0,002 mm corespunde mișcării săgeții indicator de
o diviziune), mm
Tipul vârfului și valoarea încărcăturii sunt selectate conform tabelului 2, în funcție de
duritatea si grosimea piesei de testare. ...
Numărul de duritate Rockwell (HR) este o măsură a adâncimii de indentare a indentorului și
exprimată în unități convenționale. Unitatea de duritate este luată ca valoare adimensională,
corespunzător unei deplasări axiale de 0,002 mm. Numărul de duritate Rockwell
indicat direct printr-o săgeată pe scara C sau B a indicatorului după automat
îndepărtarea sarcinii principale. Duritatea aceluiași metal, determinată de diferite
metodele sunt exprimate în diferite unități de duritate.
De exemplu, HB 2070, HRc 18 sau HRb 95.
Figura 3. Schema de măsurare a durității Rockwell
27
Vedere
bacsis
ika
General
sarcina F,
N (kgf)
Minim
grosime
probă
Desemnare
duritate pe
Rockwell
scară
Număr
cu fermitate
sti
V
CU
A
HRB
Oţel
minge
981 (100)
ore
Diamante
conul
1471 (150)
HRA
Diamante
conul
588 (60)
0,7
0,7
0,4
masa 2
Limitele
măsurători
in unitati
Rockwell
25…100
pe scara B
20…67
pe scara C
70…85
pe scara B
Limitele
măsurători
duritate
eșantion în
unitati
Brinell, NV
500 până la 2300
(neîntărit
otel colorat
metale și lor
aliaje
de la 2000 la 7000
(întărit
deveni)
4000 la
9000 (detalii
expus
cimentare sau
nitrurare,
aliaje dure
si etc.)
Metoda Rockwell se distinge prin simplitate și productivitate ridicată, oferă
păstrarea unei suprafețe de înaltă calitate după testare, vă permite să testați metale și
aliaje, atât de duritate scăzută, cât și de mare. Această metodă nu este recomandată pentru
aliaje cu structură eterogenă (fonte cenușii, maleabile și de înaltă rezistență,
aliaje pentru rulmenți antifricțiune etc.).
Partea practică
Conținutul raportului.
Răspunde la întrebările:
1. Ce se numește duritate?
2. Care este esența determinării durității?
3. Ce 2 metode de determinare a duritatii cunoasteti? Care este diferența dintre ele?
4. Cum ar trebui să fie pregătită o probă pentru testare?
5. Cum se explică lipsa unei metode universale de determinare a durității?
6. De ce, dintre numeroasele caracteristici mecanice ale materialelor, cele mai comune
determina duritatea?
7. Înregistrați într-un caiet schema de determinare a durității conform Brinell și Rockwell.
28
Lucrare de laborator nr 2
Subiect: „Proprietățile mecanice ale metalelor și metodele de studiu ale acestora (rezistență, elasticitate)”
Scopul lucrării: studierea proprietăților mecanice ale metalelor, metode de studiu a acestora.
Progres:
1. Familiarizați-vă cu prevederile teoretice.
2. Finalizați sarcina instructorului.
3. Faceți un raport conform misiunii.
Partea teoretică
Principalele proprietăți mecanice sunt rezistența, elasticitatea, duritatea,
proiectantul alege în mod rezonabil
duritate.
material adecvat care asigura fiabilitatea si durabilitatea structurilor cand
masa lor minimă.
Cunoscând proprietățile mecanice,
Proprietățile mecanice determină comportamentul materialului în timpul deformării și
distrugerea prin acțiunea sarcinilor externe. În funcție de condițiile de încărcare
proprietățile mecanice pot fi determinate atunci când:
1. Încărcare statică, sarcina pe eșantion crește încet și fără probleme.
29
2. La încărcare dinamică, sarcina crește la viteză mare, are
caracter de șoc.
3. Încărcarea repetată alternativă sau ciclică a sarcinii în proces
testul variază de multe ori ca mărime sau ca mărime și direcție.
Pentru a obține rezultate, probe și proceduri comparabile
testele mecanice sunt reglementate de GOST. Într-un test static pe
la tracțiune: GOST 1497 obține caracteristicile de rezistență și ductilitate.
Rezistența este capacitatea unui material de a rezista la deformare și distrugere.
Plasticitatea este capacitatea unui material de a-și schimba dimensiunea și forma
influența forțelor externe; masura plasticitatii este cantitatea deformarii permanente.
Dispozitivul care determină rezistența și ductilitatea este o mașină de încercare la tracțiune,
care înregistrează diagrama efort-deformare (vezi Fig. 4) exprimând relaţia dintre
alungirea probei și sarcina de acțiune.
Orez. 4. Diagrama de întindere: a - absolut, b - relativ.
Secţiunea oa din diagramă corespunde deformaţiei elastice a materialului când
Legea lui Hooke este respectată. Tensiunea corespunzatoare deformarii limita elastica
la punctul a se numește limită de proporționalitate.
Limita proporțională este cea mai mare tensiune înainte de atingere
care este valabilă legea lui Hooke.
La tensiuni peste limita proporțională, o uniformă
deformare plastică (lungirea sau îngustarea secțiunii).
Punctul b - limita elastica - cea mai mare solicitare, inainte de a ajunge in care in
nu apare nicio deformare permanenta in proba.
Aria cd este punctul de curgere, corespunde punctului de curgere - acesta este
efort la care apare o creștere a deformației în probă fără creștere
încărcături (materiale „curge”).
Multe clase de oțel, metale neferoase nu au o zonă pronunțată
limita de curgere, prin urmare, este setat un punct de curgere condiționat pentru ele. Condiţional
efortul de curgere este efortul care corespunde deformarii permanente
egal cu 0,2% din lungimea originală a probei (oțel aliat, bronz, duraluminiu și
alte materiale).
Punctul B corespunde forței finale (un local
subțierea este un gât, formarea subțierii este caracteristică materialelor plastice).
30
Rezistența la tracțiune este solicitarea maximă pe care o poate suporta o probă.
înainte de rezoluție (rezistență temporară la tracțiune).
În spatele punctului B, sarcina cade (din cauza alungirii gâtului) și distrugerea
apare la punctul K.
Partea practică.
Conținutul raportului.
1. Indicați titlul lucrării, scopul acesteia.
2. Ce proprietăți mecanice cunoașteți? Ce metode sunt folosite pentru a determina
proprietățile mecanice ale materialelor?
3. Scrieți definiția rezistenței și ductilității. Ce metode
sunt ei hotarati? Care este numele dispozitivului care determină aceste proprietăți? CU
cu ce proprietăți sunt definite?
4. Înregistrați diagrama de tracțiune absolută a materialului plastic.
5. După diagramă, specificați numele tuturor punctelor și secțiunilor diagramei.
6. Care este limita este principala caracteristică atunci când alegeți un material pentru
face vreun produs? Justificați răspunsul.
7. Ce materiale sunt mai fiabile la lucru, fragile sau ductile? Răspuns
justifica.
Bibliografie
Principal:
1.
Adaskin A.M., Zuev V.M. Știința materialelor (prelucrarea metalelor). - M .: OIT-uri
„Academie”, 2009 - 240 p.
FORUM, 2010 - 336 p.
2.
3.
Adaskin A.M., Zuev V.M. Știința materialelor și tehnologia materialelor. - M.:
Chumachenko Yu.T. Știința materialelor și instalații sanitare (ONG și SPO). -
Rostov n/a: Phoenix, 2013 - 395 p.
Adiţional:
1.
Zhukovets I.I. Testarea mecanică a metalelor. - M .: Liceu, 1986. -
199 p.
2.
3.
Lakhtin Yu.M. Fundamentele științei materialelor. - M .: Metalurgie, 1988.
Lakhtin Yu.M., Leontyeva V.P. Stiinta Materialelor. - M .: Inginerie mecanică, 1990.
31
Resurse electronice:
1. Jurnalul „Știința materialelor”. (Resursa electronica) - formular de acces
http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id=2.
2. Știința materialelor: resursă educațională, formular de acces http: //
oteluri.
(Electronic
resursă)
–
formă
acces
www.supermetalloved / narod.ru.
3.
Epocă
www.splav.kharkov.com.
4. Centrul Federal pentru Informații și Resurse Educaționale. (Electronic
resursă) - formular de acces www.fcior.ru.
32
