Лабораторна робота з матеріалознавства 1. Практтіческіе по матеріаловеденію.docx - Збірник практичних і лабораторних робіт з матеріалознавства

1-й семестр

1. «Аналіз кристалічної будови металів і сплавів» (№1, практикум 2). 2 з.

2. «Випробування матеріалів на твердість» (№10, практикум 2). 1 з.

3. «Випробування зразків на розтягнення» (№11, практикум 2; або «Механічні властивості конструкційних матеріалів», окремий файл). 2 з.

4. «Визначення ударної в'язкості матеріалу» (№12, практикум 2). 1 з.

5. «Фрактографіческій аналіз руйнування металевих матеріалів» (№9, практикум 2). 1 з.

6. «Вплив холодної пластичної деформації і температури рекристалізації на структуру і властивості металів» (№4, практикум 1). 2 з.

7. «Термічний аналіз сплавів» (№1, практикум 1). Частина 1 - побудова діаграми стану системи «цинк-олово» термічним методом. Частина 2 - аналіз діаграм стану подвійних сплавів: виконують індивідуальне завдання по пункту 5 в «Зміст звіту». 2 з.

8. «Макроскопічний аналіз (макроанализ) структури металевих матеріалів» (№2, практикум 2). 1 з.

9. «Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) структури металевих матеріалів» (№3, практикум 2). 1 з.

2-й семестр

1 (10). «Мікроскопічний аналіз металів і сплавів. Структура вуглецевої сталі »(№2, практикум 1) або аналогічна робота №7« Дослідження структури вуглецевих сталей в рівноважному стані методом мікроаналізу », практикуму 2). Практична частина: студенти дивляться на мікроскопі МІМ-7 структури чотирьох сплавів залізо-вуглець: технічне залізо, доевтектоідний, евтектоїдний і заевтектоідний сплави. Роблять схематичні замальовки, підписують структурні складові, наводять приклад марки стали, для доевтектоїдної сплаву розраховують за формулою вміст вуглецю. 1 з. + Т. 2 (11). «Діаграма стану залізо-вуглець. Структура, властивості та застосування чавунів »№3 з практикуму 1) або аналогічна робота №8« Дослідження структури вуглецевих чавунів методом мікроаналізу »з практикуму 2). Практична частина: студенти дивляться на мікроскопі МІМ-7 структури трьох чавунів: сірий чавун з мелкопластінчатим графітом на перлитной основі, високоміцний чавун на ферито-перлітною основі і доевтектичний білий чавун. На жаль, більше немає. Також роблять замальовки, пишуть назви чавунів і структурних складових. 1 з. + Т. 3 (12). «Вплив швидкості охолодження на твердість вуглецевої сталі» №20 з практикуму 2). Практична частина: чотири зразки зі сталі У8. Один піддається відпалу, другий - нормалізації, третій - загартуванню в маслі, четвертий - загартуванню у воді. Вимірюється твердість, будується графік залежності твердості від швидкості охолодження. Значення швидкості охолодження беруться з таблиці в лабораторній роботі. 2 з.

4 (13). «Гарт вуглецевих сталей» №5 з практикуму 1). Практична частина: три зразки із сталей 20, 45, У9 гартують у воді, один зразок зі сталі 45 гартують в маслі. Вимірюють твердість до (HRB) і після (HRC) гарту. За перекладної таблиці визначають твердість в одиницях HB. За результатами будують два графіка: HB \u003d f (% C) і HRC \u003d f (Vохл.). 2 з. + Т.

5 (14). «Відпустка стали» №6 з практикуму 1) або аналогічна робота №18 «Відпустка вуглецевої сталі» з практикуму 2). Практична частина: по практикуму 1) проводять низький (200ºС), середній (400ºС) і високий (600ºС) відпустку загартованих зразків зі сталі 45 і низький відпустку (200ºС) загартованого зразка зі сталі У9. Вимірюють твердість. Будують графік HRC \u003d f (Tотп.). За практикуму 2) проводять низький, середній і високий відпустку загартованих зразків зі сталі У8. 2 з. + Т.

6 (15). «Відпал і нормалізація стали» №7 з практикуму 1). Практична частина: два зразка зі сталі 45. З одним проводять ізотермічний отжиг, з другим - нормалізацію. 2 з. + Т.

7 (16). «Хіміко-термічна обробка сталі» №8 з практикуму 1. 1 з.

8 (17). «Вплив легуючих елементів на прокаліваемость стали, певну методом торцевої гарту» №21 з практикуму 2. 2 з.

9 (18). «Класифікація, маркування і застосування конструкційних матеріалів». Практична частина: студенти отримують картку, на якій п'ять марок, докладно розписують кожну. 1 з.

Лабораторна робота №1

Лабораторні роботи з курсу «Матеріалознавство»

Й семестр

1. «Аналіз кристалічної будови металів і сплавів» (№1, практикум 2). 2 з.

2. «Випробування матеріалів на твердість» (№10, практикум 2). 1 з.

4. «Визначення ударної в'язкості матеріалу» (№12, практикум 2). 1 з.

5. «Фрактографіческій аналіз руйнування металевих матеріалів» (№9, практикум 2). 1 з.

8. «Макроскопічний аналіз (макроанализ) структури металевих матеріалів» (№2, практикум 2). 1 з.

9. «Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) структури металевих матеріалів» (№3, практикум 2). 1 з.

Й семестр

2 (11). «Діаграма стану залізо-вуглець. Структура, властивості та застосування чавунів »№3 з практикуму 1) або аналогічна робота №8« Дослідження структури вуглецевих чавунів методом мікроаналізу »з практикуму 2). Практична частина: студенти дивляться на мікроскопі МІМ-7 структури трьох чавунів: сірий чавун з мелкопластінчатим графітом на перлитной основі, високоміцний чавун на ферито-перлітною основі і доевтектичний білий чавун. На жаль, більше немає. Також роблять замальовки, пишуть назви чавунів і структурних складових. 1 з. + Т.

3 (12). «Вплив швидкості охолодження на твердість вуглецевої сталі» №20 з практикуму 2). Практична частина: чотири зразки зі сталі У8. Один піддається відпалу, другий - нормалізації, третій - загартуванню в маслі, четвертий - загартуванню у воді. Вимірюється твердість, будується графік залежності твердості від швидкості охолодження. Значення швидкості охолодження беруться з таблиці в лабораторній роботі. 2 з.

7 (16). «Хіміко-термічна обробка сталі» №8 з практикуму 1. 1 з.

Лабораторна робота №1

АНАЛІЗ кристалічної будови

МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Мета роботи:

Ознайомитися з типами кристалічних решіток металів і сплавів, дефектами кристалічної будови і видами твердих розчинів.

Прилади, матеріали та інструмент

Моделі основних типів кристалічних решіток металів і твердих розчинів.

короткі теоретичні відомості

Атомно-кристалічна структура металів. Метали при нормальних умовах мають кристалічну структуру, відмінною рисою якої є певне взаємне періодичне розташування атомів, що поширюється на як завгодно великі відстані. Таке розташування атомів прийнято називати далеким порядком. Таким чином, під атомно-кристалічною структурою розуміють взаємне розташування атомів (іонів), що існує в реальному кристалі. Для опису атомно-кристалічної структури використовують поняття просторової або кристалічної решітки. Кристалічна решітка металу являє собою уявну просторову сітку, у вузлах якої розташовуються атоми (іони), між якими рухаються вільні електрони. Електростатичні сили тяжіння між іонами і електронами врівноважують сили відштовхування між іонами. Таким чином, положення атомів такі, що забезпечується мінімальна енергія взаємодії між ними, а, отже, стійкість всього агрегату.

Мінімальний обсяг кристала, що дає уявлення про атомну структуру металу у всьому обсязі, називають елементарних кристалічних осередком. Чисті метали мають одну із зазначених нижче видів кристалічної решітки: об'ємно-центрованої (ОЦК), гранецентрированную (ГЦК) і гексагональними щільноупакованими (ГПУ) (рис. 1).

ОЦК решітку мають, наприклад, a-залізо, літій, ванадій, вольфрам, молібден, хром, тантал; ГЦК грати - алюміній, g-залізо, мідь, золото, нікель, платина, свинець, срібло. ГПУ грати мають магній, цинк, берилій, кадмій, кобальт, a-титан.

Координатні напрямки (кристалографічні осі). В системі кристалографічних осей форма елементарної комірки просторової решітки може бути описана за допомогою трьох координатних кутів a, b і g між кристалографічними осями і трьох параметрів решітки а, b, с.

Для елементарних осередків кубічних грат ОЦК (рис. 1а) і ГЦК (рис. 1б) характерно рівність кутів a \u003d b \u003d g \u003d 90 ° і рівність параметрів решітки а \u003d b \u003d с.Для ГПУ решітки (рис. 1в) характерні значення кутів a \u003d b \u003d 90 ° і g \u003d 120 ° і рівність двох параметрів решітки а \u003d b с.

Для опису атомних площин і напрямків в кристалі використовують кристалографічні символи. Для визначення символів площин користуються методом індіцірованія площині по відрізках. Для цього вибирають систему координат таким чином, щоб координатні осі I, II, III були паралельні трьом пересічних ребрах кристала (рис. 2). Як правило, перша кристалографічна вісь спрямована до спостерігача, друга - горизонтально, третя орієнтується вгору. Площина А 1 В 1 С 1 відсікає на координатних осях відрізки, рівні за величиною параметрами решітки ОА 1 \u003d а, ОВ 1 \u003d в, ОС 1 \u003d с. Площина А 1 В 1 С 1 називають одиничною. Параметри решітки а, в, з беруть за осьові одиниці.

Щоб визначити кристалографічні індекси площині А 2 В 2 С 2, необхідно:

Знайти параметри заданої площині, т. Е. Відрізки в осьових одиницях, що відсікаються даної площиною на координатних осях;

Записати відношення трьох дробів, числителями яких є параметри одиничної площини А 1 В 1 С 1, а знаменниками - параметри заданої площині А 2 В 2 С 2, тобто 1 / ОА 2: 1 / ОВ 2: 1 / ОС 2;

Привести отримане співвідношення до відношенню трьох цілих взаємно простих чисел, т. Е. Привести дроби до спільного знаменника, Скоротити, якщо можна, на загальний множник, і знаменник відкинути.

Отримані три цілих і взаємно простих числа, що позначаються h, k, l, називаються індексами атомної площині. Сукупність індексів називається символом атомної площині, який прийнято укладати в круглі дужки і записувати (hkl). Якщо площина перетинає координатні осі в негативній чверті, то над індексом зверху ставиться знак «-». Якщо розглянута площина паралельна одній з кристалографічних осей, то індекс, що відповідає цій осі, дорівнює нулю. На малюнку 3 наведені приклади індіцірованія площин в кубічної елементарної осередку Браве.

Символи слід читати по цифрам, наприклад, (100) як 1, 0, 0. Символи паралельних площин збігаються. Отже, символ площині описує нескінченно велике сімейство паралельних атомних площин, що є структурно еквівалентними. Атомні площини одного сімейства розташовуються один від одного на рівному межплоскостним відстані d.

Атомні площини різних сімейств можуть бути непаралельними, але ідентичними по розташуванню атомів і міжплощинні відстані d. Такі площині об'єднують в сукупність і позначають символом (hkl). Так, в кубічних кристалах в одну сукупність входять сімейства площин, індекси яких розрізняються лише знаками і місцем розташування в символі. Наприклад, в сукупність атомних площин (100) входять шість родин: (100), (͞100), (010), (0 ͞10), (001), (00͞1).

Символ кристаллографического напрямки визначають за допомогою трьох взаємно простих чисел (індексів) u, v, w, які пропорційні координатам радіуса-вектора R, що з'єднує початок координат (початковий вузол) з найближчим вузлом кристалічної решітки в заданому напрямку. Індекси укладають у квадратні дужки і записують. Якщо напрямок не проходить через початок координат (початковий вузол), то його необхідно подумки перенести паралельно самому собі або перемістити початок координат і координатні осі так, щоб напрямок проходило через початок координат.

На малюнку 4 наведено приклади індіцірованія кристалографічних напрямків в кубічному кристалі.

Помістимо початок координат в точці про. Тоді, наприклад, точка з має координати 0, 0, 1; символ напрямки ос -. Читається окремо - «напрям нуль - нуль - один». Крапка е має координати ½; ½; 1; символ напрямки е -. Щоб визначити символ напрямки ав, Подумки перенесемо його паралельно самому собі в точку про; тоді координати точки в - ͡͞1, 1, 0; символ напрямки - [͞110]. При зміні напрямку на протилежне, знаки індексів змінюються на протилежні, наприклад, і (див. Рисунок 1.5). Паралельні напрямки мають однакові символи і об'єднуються в сімейства. Сімейства ідентичних, але непаралельних напрямків утворюють сукупність, яку позначають , Наприклад, в сукупність напрямків<100> входять сімейства напрямків, [͞100],,,,.

У гексагональних кристалах для індіцірованія площин використовують в основному чотиривісну систему координат. Приклади індіцірованія площин в гексагональном кристалі показані на малюнку 5.

Четверта координатна вісь ОU лежить в горизонтальній площині і розташовується по бісектрисі між негативними півосями (-Ох) і (-ОY). Символ площині складається з чотирьох індексів і записується (hkil). Три з них (h, k і l) розраховуються по зворотним величинам відрізків, що відсікаються розглянутої площиною на трьох кристалографічних осях (OX), (OY), (OZ), а четвертий індекс iрозраховується за співвідношенням:

h + k + i \u003d 0 (1)

Наприклад, якщо h \u003d 1; k \u003d 1, l \u003d 0, то, використовуючи співвідношення (1), можна знайти четвертий індекс: i \u003d - (h + k) \u003d - (1 +1) \u003d -2. Символ площині записується як (11͞20). Це найближча до нас площину на малюнку 6. Четвертий індекс i використовують, коли необхідно позначити ідентичні площині, і не використовують при розрахунку міжплощинних відстаней, кутів між площинами і напрямками. Тому замість повного запису символу площині, наприклад, (11͞20), іноді використовують (11.0), тобто замість індексу i ставлять крапку. Сімейства і сукупності ідентичних площин визначаються аналогічно родин та совокупностям в кубічних кристалах.

Для опису кристалографічних напрямків в гексагональних кристалах використовують як тривісні, так і чотиривісні символи. Тривісні символи визначають за координатами заданого радіуса-вектора (як і в кубічних кристалах).

Між чотиривісних індексами напрямків існує співвідношення:

r 1 + r 2 + r 3 \u003d 0 (2)

Для переходу від тривісних символів до чотиривісних використовують співвідношення:

r 1 \u003d 2u -v; r 2 \u003d 2v - u; r 3 \u003d -u - v; r 4 \u003d 3w (3)

Приклади індіцірованія кристалографічних напрямків в гексагональном кристалі наведені на малюнку 6.

Крім геометричних характеристик кристала, в фізичному матеріалознавстві використовують поняття: число атомів на осередок n я, координаційне число (КЧ) і коефіцієнт заповнення η.

Під числом атомів на осередок n я розуміють число атомних обсягів, що припадають на одну елементарну комірку Браве. Приймемо обсяг одного атома за одиницю. Для прикладу розглянемо об'ємно-центрованої осередок, яка утворена 9 атомами, 8 з яких розташовані в вершинах куба, а 1 - в центрі куба. Кожен атом у вершині належить одночасно восьми сусідніх осередків, отже, одній комірці належить 1/8 частина кожного з 8 атомів: 1/8. 8 \u003d 1; атом в центрі куба повністю належить осередку. Таким чином, об'емноцентрірованная осередок утворена двома атомними обсягами, т. Е. На осередок доводиться два атома.

Під координаційним числом (КЧ) розуміють число атомів, що знаходяться на рівному і найменшій відстані від даного атома. Чим вище координаційне число, тим більше щільність упаковки атомів. Так, в об'ємно-центрованої кубічної решітці КЧ \u003d 8; в гранецентрированной і гексагональної решітках КЧ \u003d 12.

Коефіцієнтом заповнення η називають виражене у відсотках відношення обсягу V a, зайнятого атомами в комірці, до обсягу всієї комірки V я:

η \u003d (V a / V я) \u200b\u200b∙ 100% (4)

Координаційне число (КЧ) і коефіцієнт заповнення η характеризують щільність упаковки атомів в елементарній комірці металевого кристала. Найбільш щільна упаковка атомів реалізується в гранецентрированной і гексагональної осередках Браве.

Дефекти кристалічної будови . Реальний кристал відрізняється від ідеального наявністю дефектів кристалічної будови, які впливають, часто вирішальне, на макроскопічні властивості кристалічних тіл. За геометричними ознаками дефекти поділяють на три групи:

Точкові (нульмерние);

Лінійні (одномірні);

Поверхневі (двовимірні).

точкові дефекти мають розміри в усіх напрямках від одного до чотирьох атомних діаметрів. Поділяються на власні і домішкові.

До власних точкових дефектів відносяться: вакансії, що утворюються при видаленні атома (іона) з його нормального положення у вузлі кристалічної решітки, і межузельние атоми - атоми основного металу, розташовані в междоузлиях кристалічної решітки. До домішковим відносяться атоми іншого (або інших) елементів, розчинені в основний решітці за принципом заміщення або впровадження.

На малюнку 7 представлені в двомірної моделі кристала вакансії, власний межузельний атом і домішкові атоми заміщення і впровадження.

Найбільш поширеними є вакансії. Відомі два механізми виникнення вакансій: механізм Шотткі - при виході атома на зовнішню поверхню або поверхню пори або тріщини всередині кристалу під дією теплових флуктуацій, і механізм Френкеля - при утворенні всередині кристалічної решітки пари «власний межузельний атом - вакансія» при деформації, опроміненні металів іонізуючими випромінюваннями: швидкими електронами, γ - променями. У реальних кристалах вакансії постійно утворюються і зникають під дією теплових флуктуацій. Енергія активації освіти вакансії становить приблизно 1 ев, межузельного атома - від 3 до 10 ев.

З підвищенням температури рівноважна концентрація точкових дефектів в кристалі збільшується. При пластичної деформації, опроміненні, загартуванню кількість точкових дефектів різко зростає, що призводить до порушення їх рівноважної концентрації на кілька порядків.

Домішкові атоми заміщення мігрують так само, як і основні атоми - по вакансійних механізму. Домішкові атоми впровадження мають малі розміри і тому, на відміну від великих власних міжвузлових атомів, можуть мігрувати по пустотах між атомами кристалічної решітки.

Точкові дефекти впливають на механізм і кінетику процесів повзучості, тривалого руйнування, освіти дифузійної пористості, обезуглероживания, графитизации та інших процесів, пов'язаних з перенесенням атомів в об'ємі речовини, а також на фізичні властивості: електроопір, щільність.

лінійні дефекти малі (кілька атомних діаметрів) в двох напрямках і мають велику протяжність, порівнянну з довжиною кристала, в третьому. До лінійним дефектів відносяться дислокації, ланцюжки вакансій і міжвузлових атомів.

Дислокації поділяються на два основних види: крайові і гвинтові.

Крайову дислокацію можна уявити, якщо подумки по вертикалі частково розщепити досконалий кристал, скажімо з кубічної примітивної гратами, і вставити в нього зайвий короткий атомний шар, званий екстраплоскості. Екстраплоскості можна отримати також зсувом однієї частини кристала щодо іншої. Екстраплоскості, діючи як клин, згинає грати навколо свого нижнього краю всередині кристала (рис. 8).

Область недосконалості навколо краю екстраплоскості називається крайової дислокацією. Сильні спотворення кристалічної решітки укладені як би всередині «труби» діаметром від двох до десяти атомних діаметрів, віссю якої є край екстраплоскості. Уздовж лінії екстраплоскості недосконалості мають макроскопічний характер, а в двох інших напрямках (по діаметру «труби») дуже малі. Якщо екстраплоскості розташована у верхній частині кристала, то пов'язану з нею дислокацію називають позитивною і позначають (┴); якщо екстраплоскості розташована в нижній частині, то дислокацію називають негативною і позначають (┬).

Під дією зовнішнього прикладеної напруги крайова дислокація може переміщатися ковзанням по певних кристалографічних площинах і напрямах. Переважне ковзання відбувається по щільноупакована площинах. Сукупність площині ковзання і напрямки ковзання називається системою ковзання. Для кожного типу кристалічної решітки характерні свої системи ковзання. Так, в кристалах з гранецентрированной кубічної гратами це площині сукупності (111) і напрямки сукупності<110> (Cu, Al, Ni), з об'ємно-центрованої кубічної гратами - (110) (α-Fe, Mo, Nb), (211) (Ta, W, α-Fe), (321) (Cr, α-Fe) і<111>, З гексагональної плотноупакованной - (0001),<11͞20> (Zn, Mg, Be), (1͞100), (10͞11),<11͞20> (Ti), (11͞22),<1͞213> (Ti). Напруга, необхідне для зсуву, називають критичним зсувними або сколюють. Причому, в кожен момент часу в зміщенні по обидва боки від площини ковзання бере участь лише невелика група атомів. На малюнку 9 показано схема ковзання крайової дислокації через кристал.

Заключним етапом ковзання є вихід крайової дислокації (екстраплоскості) на поверхню кристала. При цьому верхня частина кристала зсувається щодо нижньої на одне міжатомна відстань в напрямку зсуву. Таке переміщення - є елементарний акт пластичної деформації. Ковзання - консервативний рух, не пов'язане з перенесенням маси речовини. Напрямок та величина зсуву при переміщенні крайової дислокації характеризуються вектором Бюргерса bі його потужністю відповідно. Напрямок переміщення крайової дислокації паралельно вектору Бюргерса.

Крім ковзання, крайова дислокація може переміщатися переповзанням, яке здійснюється дифузійним шляхом і є термічно активуються процесом. Позитивне переповзання здійснюється, коли ланцюжок атомів з краю екстраплоскості переміщається в сусідні вакансії або междоузлия, тобто екстраплоскості коротшає на одне міжатомна відстань і крайова дислокація переходить в верхню площину ковзання, паралельну першої. Негативне переповзання відбувається, коли край екстраплоскості добудовується атомним поруч за рахунок приєднання межузельних або сусідніх атомів, і крайова дислокація переходить в нижню площину ковзання. Переповзання - неконсервативний рух, тобто відбувається з перенесенням маси. Швидкість переповзання залежить як від температури, так і від концентрації точкових дефектів.

Гвинтові дислокацію, як і крайову, можна створити за допомогою зсуву. Уявімо кристал у вигляді стопки горизонтальних паралельних атомних площин. Подумки зробимо в кристалі несквозной надріз (рис. 10а) і зрушимо, наприклад, праву частину вниз (вздовж площині АВСD) на одне межплоскостное відстань (рис. 10б).

Гвинтові дислокація підрозділяється на праву (рис. 10б), коли при русі від верхньої площини до нижньої лінію дислокації потрібно обходити за годинниковою стрілкою, і ліву, коли при русі від верхньої площини до нижньої лінію дислокації потрібно обходити проти годинникової стрілки (якщо відносно площини АВСD зрушити вниз ліву частину кристала). Лінія гвинтовий дислокації завжди паралельна вектору Бюргерса (рис. 11).

Гвинтові дислокація, на відміну від крайової, не пов'язана з певною площиною зсуву, тому може переміщатися ковзанням в будь-який кристаллографической площині, що містить лінію дислокації і вектор зсуву (рис. 12). Напрямок переміщення гвинтовий дислокації завжди перпендикулярно вектору Бюргерса. В результаті ковзання як крайової, так і гвинтовий дислокації, на поверхні кристала утворюється сходинка висотою, рівній по модулю вектору Бюргерса b (Рис. 12).

Дислокації присутні у всіх кристалах. Так, в недеформованих металах щільність дислокацій становить 10 6 -10 8 см -2; в гомеополярной кристалах - 10 4 см -2. При зовнішній напрузі, рівному критичному сколюватися τ кр \u003d 10 -5 G, де G - модуль пружності матеріалу, дислокації починають рухатися, т. Е. Починається пластична деформація. У процесі пластичної деформації щільність дислокацій збільшується. Наприклад, в деформованих металах щільність дислокацій становить 10 10 -10 12 см -2; в гомеополярной кристалах до 10 8 см -2. Перешкодами для рухомих дислокацій служать різного роду бар'єри (частки другої фази, точкові дефекти, межі зерен і ін.). Крім того, у міру зростання числа дислокацій, вони починають накопичуватися, заплутуються в клубки і заважають іншим рухомим дислокациям. У міру збільшення ступеня деформації τ кр зростає, т. Е. Для продовження процесу деформації потрібне збільшення зовнішнього напруги, що певною мірою визначає зміцнення матеріалу.

Поверхневі дефекти. До поверхневих дефектів відносяться кордону зерен (субзерен) (рис. 13). Поверхневі дефекти двовимірні, т. Е. Мають макроскопічні розміри в двох напрямках і атомні в третьому напрямі. Межі називають малокутових, якщо разориентация кристалічних решіток сусідніх зерен не перевищує 10 °, і високоугловимі (большеугловимі) при більшій разориентация.

Малокутових кордону можуть бути утворені системами як крайових, так і гвинтових дислокацій різної орієнтації і з різними векторами Бюргерса. Малокутових кордону виникають при зростанні кристалів з розплаву, при пластичної деформації та ін. Дислокації малокутової кордону притягують до себе точкові дефекти внаслідок пружного взаємодії з ними. Міграція малокутової кордону здійснюється тільки дифузійним шляхом. Тому точкові дефекти, сконцентровані в прикордонній зоні в кілька міжатомних відстаней, гальмують цей процес і стабілізують субструктуру.

Високоугловие кордону виявлено набагато раніше малокутових і є «найстарішим» видом дефектів кристалічної будови. Вважають, що високоугловая межа являє собою шар товщиною в 2-3 атомних діаметра, в якому атоми займають деякі проміжні положення по відношенню до правильних положень вузлів решіток сусідніх зерен. Такий стан атомів забезпечує мінімальну потенційну енергію в прикордонному шарі, тому досить стабільно.

Природа і поведінку як малокутових, так високоуглових кордонів при силовому і температурному впливах впливають на механічні властивості матеріалу.

завдання

1. Площина в кубічному кристалі відсікає на координатних осях відрізки, рівні а; 2в; с. Визначити кристалографічні індекси площині (hkl).

2. Побудуйте просторове зображення площин (на прикладі куба), що мають кристалографічні індекси (110); (111); (112); (321); (1͞10); (͞111); (͞1͞1͞1).

3. Визначте символ напрямки, що проходить через точки (0, в / 3, с / 3).

4. Побудуйте просторове зображення наступних напрямків в кубі; ; ; [͞100]; ; ; ; ; ; ; [͞111]; ; ; [͞1͞11]; [͞111]; ; [͞1͞1͞1]; ; .

5. Підрахуйте число атомів в комірці і координаційне число для ОЦК і ГЦК і ГПУ решіток.

Контрольні питання

1. Скільки типів елементарних осередків Браве відомо сьогодні? Які з них найбільш характерні для металів?

2. Що таке кристалографічні символи? Опишіть схему визначення символу атомної площині в кристалі.

3. Які види точкових дефектів існують в кристалах? На які відстані поширюється спотворення, викликане точковим дефектом?

4. Як змінюється концентрація вакансій при підвищенні температури?

5. Чому дислокації називаються лінійними дефектами?

6. За якою ознакою дислокації поділяють на крайові і гвинтові?

7. Що таке вектор Бюргерса? Що таке потужність вектора Бюргерса?

8. Як спрямований вектор Бюргерса по відношенню до лінії крайової і гвинтовий дислокації?

9. Що таке поверхневі дефекти?

10. На які фізичні властивості кристалічних твердих тіл впливають дефекти кристалічної структури?

Лабораторна робота №2

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Державна освітня установа вищої професійної освіти

«Південно-Російський державний університет економіки і сервісу» (ГОУ ВПО «ЮРГУЕС»)

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

лабораторний практикум

для студентів спеціальностей 190601, 190603, 200503, 260704

очної та заочної форм навчання

ШАХТИ ГОУ ВПО «ЮРГУЕС»

УДК 620.1 (076.5) ББК 30.3я73

укладачі:

к.т.н., доцент кафедри «Прикладна механіка і конструювання машин»

Ю.Є. Чортів

к.т.н., ст. викладач кафедри «Прикладна механіка і конструювання машин»

С.Н. Байбара

рецензенти:

к.т.н., професор, зав. кафедрою «Технічна експлуатація автомобілів»

Ю.Г. Сапронов

к.т.н., професор кафедри «Технологія виробів зі шкіри, стандартизація і сертифікація»

М341 Матеріалознавство: Технологія конструкційних матеріалів: лабораторний практикум / укладачі Ю.Є. Чортів, С.Н. Байбара. - Шахти: ГОУ ВПО «ЮРГУЕС», 2010. - 71 с.

Використання лабораторного практикуму дозволить закріпити лекційний матеріал, забезпечити самостійне вивчення окремих дидактичних одиниць дисципліни, успішне виконання контрольних робіт і самостійних завдань.

Призначений для студентів спеціальностей 190601, 190603, 200503, 260704 очної та заочної форм навчання.

УДК 620.1 (076.5) ББК 30.3я73

Режим доступу до електронному аналогу друкованого видання: http://www.libdb.sssu.ru


ПЕРЕДМОВА ................................................. ..........................................
Лабораторна робота № 1.Вивчення процесу кристалізації

Лабораторна робота № 2.Вивчення макро- і мікроструктури
металів і сплавів ............................................... ........................................
Лабораторна робота № 3.Вивчення діаграм стану
подвійних сплавів ................................................ ...........................................
Лабораторна робота № 4.Дослідження фазових перетворень
по діаграмі стану залізо-цементит ............................................ ......
Лабораторна робота № 5.Методи вимірювання твердості металів ......
Лабораторна робота № 6.Вплив термічної обробки
на механічні властивості конструкційної сталі ....................................
Лабораторна робота № 7.Формоутворення заготовок литтям
в піщані форми ............................................... ..........................................
Лабораторна робота № 8.Вивчення способів електричної
зварювання металів ................................................ ............................................
Лабораторна робота № 9.Вивчення способів виготовлення
виробів із пластмас ............................................... .....................................
БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК................................................ ..........

ПЕРЕДМОВА

Майбутньому фахівцю - випускнику вищого навчального закладу належить працювати в швидко мінливих умовах виробництва. Уже зараз цикл оновлення технології в деяких галузях промисловості коротше, ніж період навчання в інституті або університеті. Тому підготовка фахівців нового типу, які вміють швидко адаптуватися до нових умов роботи підприємств, є одним з основних завдань вузу.

Лабораторний практикум, як форма навчальних занять, максимально сприяє активізації розумової діяльності студентів і виробленню в них навичок творчого застосування на практиці отриманих знань.

Пропоновані лабораторні роботи дозволять студентам глибше вивчити теоретичні положення курсу «Матеріалознавство», отримати практичні навички вивчення структури і властивостей металевих машинобудівних матеріалів, оцінки впливу на структуру і властивості металів різних видів їх термічної обробки.

Виконання лабораторних робіт в умовах різкого скорочення обсягу читаних лекцій часто не збігається з порядком викладу лекційного курсу. Тому кожна робота містить загальні теоретичні відомості, які полегшать самостійну підготовку студента до виконання роботи, сприяючи свідомому її проведення і розуміння отриманих результатів.

Лабораторний практикум підготовлений відповідно до вимог ГОСАН з дисципліни «Матеріалознавство. ТКМ »для студентів машинобудівних спеціальностей вищих навчальних закладів.

Лабораторна робота № 1 ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Мета роботи: вивчення процесу переходу металевих матеріалів (металів і сплавів) з рідкого в твердий агрегатний стан з урахуванням впливу зовнішніх чинників, А також вивчення будови сталевого злитка.

1. Дати коротку характеристику металів, сплавів і процесів їх кристалізації.

2. Ознайомитися з пристроєм біологічного мікроскопа.

3. Провести спостереження за кристалізацією солей з перенасичених водних розчинів.

4. Замалювати, спостерігаючи кристалізацію краплі, найбільш характерні зони і дати пояснення. Розмір малюнка - коло 50 мм.

5. Замалювати поздовжній і поперечний розрізи сталевого злитка. Дати пояснення наявності трьох зон в зливку.

6. Оформити письмовий звіт по роботі.

Загальні відомості з теорії

1. Коротка характеристика металів і сплавів

Метали і сплави є найважливішими конструкційними матеріалами, широко застосовуються в техніці. Металам крім блиску і пластичності притаманні високі теплопровідність і електропровідність.

Отримання хімічно чистих металів пов'язано зі значними труднощами, а значення їх механічних характеристик не високі. У зв'язку з цим в техніці повсюдно використовуються сплави металів.

Сплави - це складні речовини, до складу яких входить кілька металів або металів і неметалів. Металеві сплави мають зазначеними вище властивостями чистих металів.

Металеві матеріали в твердому агрегатному стані мають кристалічну будову, при якому позитивно заряджені іони розташовані в строго певному порядку, періодично повторюється в трьох вимірах простору. Так як сплави отримують зазвичай по металургійній технології, то твердого стану передує рідке. Перехід речовини з рідкого стану в твердий називається

кристалізацією.

2. Кристалізація металів і сплавів

Кристалізація протікає в умовах, коли система переходить до термодинамічно більш стійкого стану з меншою вільної енергією. Під вільної енергією F розуміють ту частину внутрішньої енергії системи, яка може бути перетворена в роботу. З підвищенням температури вільна енергія рідкого і твердого станів металу зменшується (див. Рис. 1.1).

Вільна енергія F

стан


					стан



Т кр
					Т пл

температура,

Малюнок 1.1 - Зміна вільної енергії рідкого і твердого станів в залежності від температури

При досягненні рівноважної температури Т S вільна енергія рідкого і твердого станів дорівнює, а тому при цій температурі ні процес кристалізації, ні процес плавлення до кінця протікати не можуть.

Для розвитку процесу кристалізації необхідно створити такі умови, при яких вільна енергія твердої фази буде менше, ніж вільна енергія рідкої фази. Як видно з графіка, наведеного на малюнку 1.1, це можливо тільки при деякому переохолодженні сплаву.

ступенем переохолодженняназивається різниця між рівноважною (теоретичної) і фактичної температурами кристалізації

Т ТS Ткр.

Для розвитку процесу плавлення необхідний певний ступінь перегріву сплаву

Т Тпл ТS.

Ступінь переохолодження вимірюється в градусах Цельсія і залежить від швидкості охолодження, природи і чистоти розплаву. Чим більше швидкість охолодження, тим більше ступінь переохолодження. Чим чистіше розплав, тим більше його стійкість і, отже, більше ступінь переохолодження.

Наявність нерозчинених частинок в розплаві прискорює процес кристалізації, подрібнює зерно. Дослідженнями Д.К. Чернова було виявлено, що кристалізація починається з освіти кристалічних зародків (центрів кристалізації) і триває в умовах зростання їх числа і розмірів.

Число центрів кристалізації (Ч.Ц.) і швидкість їхнього зростання (С.Р.) залежать від ступеня переохолодження. Зі збільшенням ступеня переохолодження зростає число центрів кристалізації і збільшується швидкість їх зростання; при опредёленной ступеня переохолодження настає максимум.

Однак метали і сплави, що володіють в рідкому стані малої схильністю до переохолодження, неможливо охолодити до таких температур, при яких число центрів кристалізації і швидкість росту кристалів досягли б максимуму. Тому для металів криві «Ч.Ц.» і «С.Р.» обриваються вже при малих ступенях переохолодження (суцільні криві на малюнку 1.2).

С.Р.

Т SТ

Ступінь переохолодження Т, С

Малюнок 1.2 - Вплив ступеня переохолодження на число центрів кристалізації і швидкість росту кристалів

Для ступеня переохолодження Т швидкості утворення центрів кристалізації і їх зростання малі, тому процес кристалізації протікає повільно, і зерна виходять великі (так як утворюється мало центрів кристалізації в одиниці об'єму рідкої фази).

Для ступеня переохолодження Т значно збільшилися як швидкість зародження центрів кристалізації, так і швидкість їхнього зростання, тому процес кристалізації буде протікати значно швидше, ніж при ступеня переохолодження, а так як при цьому збільшується число центрів кристалізації в одиниці об'єму, зерна виходять дрібні.

Таким чином, змінюючи ступінь переохолодження, можна отримати кристалітів (зерна) різної величини. Від величини зерна залежать багато властивостей сплаву. На практиці подрібнення зерна в сплавах досягається також шляхом модифікування, тобто введенням в розплав дисперсних частинок речовин-модифікаторів, які стають додатковими центрами кристалізації.

Процес кристалізації металів і сплавів аналогічний процесу кристалізації солей з водних розчинів. При цьому утворення кристалів стає можливим спостерігати за допомогою біологічного мікроскопа при кімнатних температурах у міру випаровування води, що зручно і безпечно.

3. Будова металевого злитка

Кристали в процесі затвердіння металу можуть мати різну форму в залежності від швидкості охолодження, характеру і кількості домішок. Найчастіше в процесі кристалізації утворюються розгалужені або деревовидні кристали, що отримали назву дендритів. Спочатку утворюються довгі гілки, так звані осі першого порядку (головні осі дендрита). Одночасно з подовженням осей першого порядку на їх ребрах зароджуються і ростуть перпендикулярні до них такі ж гілки другого порядку. У свою чергу, на осях другого порядку зароджуються осі третього порядку і т.д.

		- зона дрібних зерен;
		- зона дрібних зерен;
		- зона стовпчастих кристалів;
		- зона рівноосних кристалів;
		- усадочная раковина;
		- газові бульбашки, порожнечі,
		усадочная рихлість
		усадочная рихлість

Малюнок 1.3 - Схема будови сталевого злитка спокійної сталі

Кристалізація рідкого металу починається у поверхні холоднішою форми і відбувається спочатку в примикає до поверхні тонкому шарі сильно переохолоджених рідини. Це призводить до утворення на поверхні злитка дуже вузької зони дрібних неорієнтованих зерен.

За зоною 1 вглиб злитка розташована друга зона - зона стовпчастих кристалів. Зростання цих кристалів йде в напрямку відводу тепла, і оскільки всі кристали зростають одночасно, то виходять стовпчасті (витягнуті) кристали, зростання яких триває до тих пір, поки є спрямований відведення тепла. У разі сильного перегріву і швидкого охолодження зона стовпчастих кристалітів може заповнити весь обсяг злитка.

Цей вид кристалізації називається транскрісталлізаціей.У внутрішній частині злитка утворюється зона 3, що складається з рівноосних різноорієнтованих дендритних кристалів, більших внаслідок малої швидкості охолодження (внаслідок зменшення). Так як рідкий метал має більший питомий об'єм, ніж твердий, то в тойчасті злитка, яка застигає в останню чергу, утворюється порожнеча - усадочная раковина. Вона зазвичай оточена найбільш забрудненим металом, що містить мікро- і макропор, газові бульбашки і інші дефекти. Кристалізація зон злитка, а також осей дендритів відбувається не одночасно, тому метал злитка має неоднорідність за хімічним складом - зональну і дендритну ликвацию.

4. Обладнання та зразки

Для спостереження за процесом кристалізації солі використовуються біологічні мікроскопи. Штатив мікроскопа являє собою стійку основу, до якого кріпляться інші частини мікроскопа: тубус, тримач конденсора, револьверна насадка з об'єктивами, окуляр. Як правило, мікроскоп забезпечений декількома об'єктивами різного збільшення, розміщеними на револьверної насадки, яка дозволяє шляхом переміщення встановлювати об'єктиви в робоче положення. Дослідження зразка зазвичай починають з об'єктива найменшого збільшення з найбільшим полем зору. Цікавлять деталі розглядають, користуючись об'єктивами з великим збільшенням.

Принципова схема біологічного мікроскопа представлена \u200b\u200bна малюнку 1.4.

- люстерко;

- предметний стіл;

- предметне скло;

- крапля розчину солі;

- об'єктив;

- тубус мікроскопа;

- окуляр;

- очей спостерігача.

Малюнок 1.4 - Принципова схема біологічного мікроскопа

Регулювання мікроскопа здійснюють наступним чином. Повертаючи скло 2 до джерела світла, домагаються найбільш яскравого освітлення в окулярі 8. Потім встановлюють предметне скло 4 з краплею 5 розчину солі на стіл 3 так, щоб можна було спостерігати край краплі. Установку фокусної відстані виробляють, опускаючи / піднімаючи предметний столик 3 щодо тубуса 7, домагаючись чіткого зображення краю краплі в окулярі 8.

5. Порядок виконання роботи

Вивчивши теоретичну частину і ознайомившись із завданням до роботи, студенти приступають до спостереження процесу кристалізації. Для цього видається біологічний мікроскоп і предметне скло з краплею пересичені водного розчину кухонної солі. Виконавши регулювання мікроскопа, встановлюють скло на предметний стіл мікроскопа і спостерігають початок процесу кристалізації у краю краплі. У міру випаровування води будуть рости кристали і в наступних зонах краплі. Умовно досліджуваний процес можна розділити на три періоди. Перший - кристалізація солі у краю краплі, де кількість води найменше. Протягом цього періоду у краю краплі утворюються дрібні кристали правильної форми, так як переохолодження викликає утворення великої кількості центрів кристалізації. Протягом другого періоду утворюються великі стовпчасті кристали. Напрямок їх осей нормально до країв краплі. У цей період мають місце велика швидкість росту кристалів і обмежене число центрів кристалізації. Протягом третього періоду утворюються деревовидні (дендритні) кристали. При цьому кількість води в краплі незначно і випаровування її з середньої частини йде швидко.

Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти

«Волзький державний університет водного транспорту»

ПЕРМСКИЙ ФІЛІЯ

О.О . Сазонова

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

ЗБІРКА ПРАКТИЧНИХ І ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

26.02.06 «Експлуатація суднового електрообладнання і засобів автоматики»

23.02.01 «Організація перевезень та управління на транспорті» (за видами)

ПЕРМ

2016

Вступ

Методичні рекомендації щодо виконання лабораторних і практичних робіт з навчальної дисципліни «Матеріалознавства» призначені для студентів середньої професійної освіти за спеціальності26.02.06 «Експлуатація суднового електрообладнання і засобів автоматики»

В данному методичному посібнику наведені вказівки щодо виконання практичних і лабораторних робіт за темами дисципліни, вказані теми і зміст лабораторних і практичних робіт, форми контролю по кожній темі і рекомендована література.

В результаті освоєння даної навчальної дисципліни студент повинен вміти:

˗ виконувати механічні випробування зразків матеріалів;

˗ використовувати фізико-хімічні методи дослідження металів;

˗ користуватися довідковими таблицями для визначення механічних властивостей матеріалів;

˗ вибирати матеріали для здійснення професійної діяльності.

В результаті освоєння даної навчальної дисципліни студент повинен знати:

˗ основні властивості і класифікацію матеріалів, що використовуються у професійній діяльності;

˗ найменування, маркування, властивості оброблюваного матеріалу;

˗ правила застосування змащувальних і охолоджуючих матеріалів;

˗ основні відомості про метали й сплави;

˗ основні відомості про неметалічних, прокладок,

Ущільнюючих і електротехнічних матеріалах, стали, їх класифікацію.

Лабораторні та практичні роботи дозволять сформувати практичні навички роботи, професійні компетенції. Вони входять в структуру вивчення навчальної дисципліни «Матеріалознавства», після вивчення теми: 1.1. «Основні відомості про метали і сплави», 1.2 «Залізовуглецеві сплави», 1.3 «Кольорові метали та сплави».

Лабораторні та практичні роботи представляють собою елемент навчальної дисципліни і оцінюються за критеріями, представленим нижче:

Оцінка «5» виставляється студенту, якщо:

˗ тематика роботи відповідає заданій, студент показує системні і повні знання і вміння з даного питання;

˗ робота оформлена відповідно до рекомендацій викладача;

˗ обсяг роботи відповідає заданому;

˗ робота виконана точно в терміни, зазначені викладачем.

Оцінка «4» виставляється студенту, якщо:

˗ тематика роботи відповідає заданій, студент допускає незначні неточності або деякі помилки в даному питанні;

˗ робота оформлена з неточностями в оформленні;

˗ обсяг роботи відповідає заданим або трохи менше;

˗ робота здана в терміни, зазначені викладачем, або пізніше, але не більше, ніж на 1-2 дня.

Оцінка «3» виставляється студенту, якщо:

˗ тематика роботи відповідає заданій, але в роботі відсутні значні елементи за змістом роботи або тематика викладена нелогічно, нечітко представлено основний зміст питання;

˗ робота оформлена з помилками в оформленні;

˗ обсяг роботи значно менше заданого;

˗ робота здана із запізненням в термінах на 5-6 днів.

Оцінка «2» виставляється студенту, якщо:

˗ не розкрита основна тема роботи;

˗ робота оформлена не відповідно до вимог викладача;

˗ обсяг роботи не відповідає заданому;

˗ робота здана із запізненням в термінах більше 7 днів.

Лабораторні та практичні роботи за своїм змістом мають певну структуру, пропонуємо розглянути її: хід роботи наведено на початку кожної практичної та лабораторної роботи; при виконанні практичних робіт студентами виконується завдання, яке зазначено в кінці роботи (пункт «Завдання для студентів»); при виконанні лабораторних робіт складається звіт по її виконанню, зміст звіту зазначено в кінці лабораторної роботи (пункт «Зміст звіту»).

При виконанні лабораторних і практичних робіт студентами виконуються певні правила, розгляньте їх нижче: лабораторні та практичні роботи виконуються під час навчальних занять; допускається остаточне оформлення лабораторних і практичних робіт у домашніх умовах; дозволяється використання додаткової літератури при виконанні лабораторних і практичних робіт; перед виконанням лабораторної та практичної роботи необхідно вивчити основні теоретичні положення з даного питання.

Практична робота № 1

«Фізичні властивості металів і методи їх вивчення»

Мета роботи : Вивчити фізичні властивості металів, методи їх визначення.

Хід роботи:

Теоретична частина

До фізичних властивостей відносяться: щільність, плавлення (температура плавлення), теплопровідність, теплове розширення.

Щільність - кількість речовини, що міститься в одиниці об'єму. Це одна з найважливіших характеристик металів і сплавів. За щільністю метали діляться на наступні групи:легкі (Щільність не більше 5 г / см 3 ) - магній, алюміній, титан і ін;важкі - (щільність від 5 до 10 г / см 3 ) - залізо, нікель, мідь, цинк, олово і ін. (Це найбільш велика група);дуже важкі (Щільність більше 10 г / см 3 ) - молібден, вольфрам, золото, свинець і ін. В таблиці 1 наведені значення щільності металів.

Таблиця 1

щільність металів

Температура плавлення - це температура, при якій метал переходить з кристалічного (твердого) стану в рідке з поглинанням теплоти.

Температура плавлення металів лежать в діапазоні від -39 ° C (ртуть) до 3410 ° C (вольфрам). Температура плавлення більшості металів (за винятком лужних) висока, проте деякі «нормальні» метали, наприклад олово і свинець, можна розплавити на звичайній електричній або газовій плиті.

Залежно від температури плавлення метал поділяють на такі групи:легкоплавкі (Температура плавлення не перевищує 600 o С) - цинк, олово, свинець, вісмут і ін .;среднеплавкие (Від 600 o З до 1600 o С) - до них відносяться майже половина металів, в тому числі магній, алюміній, залізо, нікель, мідь, золото;тугоплавкі (Більше 1600 o С) - вольфрам, молібден, титан, хром і ін. При введенні в метал добавок температура плавлення, як правило, знижується.

Таблиця 2

Температура плавлення і кипіння металів

Теплопровідність - здатність металу з тією чи іншою швидкістю проводити теплоту при нагріванні.

Електропровідність - здатність металу проводити електричний струм.

Теплове розширення - здатність металу збільшувати свій об'єм при нагріванні.

Гладка поверхня металів відображає великий відсоток світла - це явище називається металевим блиском. Однак в порошкоподібному стані більшість металів втрачають свій блиск; алюміній і магній, проте, зберігають свій блиск і в порошку. Найбільш добре відбивають світло алюміній, срібло і паладій - з цих металів виготовляють дзеркала. Для виготовлення дзеркал іноді застосовується і родій, незважаючи на його виключно високу ціну: завдяки значно більшій, ніж у срібла або навіть паладію, твердості і хімічної стійкості, родієвий шар може бути значно тонше, ніж срібний.

Методи досліджень в матеріалознавстві

Основними методами дослідження в металознавстві і матеріалознавстві є: злам, макроструктура, мікроструктура, електронна мікроскопія, рентгенівські методи дослідження. Розглянь їх особливості більш докладно.

1. Злам - найпростіший і найдоступніший спосіб оцінки внутрішньої будови металів. Метод оцінки зламів, незважаючи на свою гадану грубість оцінки якості матеріалу, застосовується досить широко в різних галузях виробництва і наукових досліджень. Оцінка зламу в багатьох випадках може характеризувати якість матеріалу.

Злам може бути кристалічним або аморфним. Аморфний злам характерний для матеріалів, що не має кристалічної будови, таких як скло, каніфоль, склоподібні шлаки.

Металеві сплави, в тому числі сталь, чавун, алюмінієві, магнієві сплави, цинк і його сплави дають зернистий, кристалічний злам.

Кожна грань кристалічного зламу є площиною сколювання окремого зерна. Тому злам показує нам розміри зерна металу. Вивчаючи злам стали, можна бачити, що розмір зерна може коливатися в дуже широких межах: від декількох сантиметрів в литий, повільно остигнула, стали до тисячних часток міліметра в правильно викував і загартованої сталі. Залежно від розміру зерна, злам може бути крупнокристаллический і мелкокристаллический. Зазвичай мелкокристаллический злам відповідає більш високій якості металевого сплаву.

У разі якщо руйнування досліджуваного зразка проходить з попередньої пластичної деформацією, зерна в площині зламу деформуються, і злам вже не відображає внутрішнього кристалічної будови металу; в цьому випадку злам називається волокнистим. Часто в одному зразку в залежності від рівня його пластичності, в зламі можуть бути волокнисті і кристалічні ділянки. Часто по співвідношенню площі зламу, зайнятого і кристалічними ділянками при даних умовах випробування оцінюють якість металу.

Крихкий кристалічний злам може виходити при руйнуванні по межах зерен або по площинах ковзання, які перетинають зерна. У першому випадку злам називається межкристаллитного, у другому транскристаллитного. Іноді, особливо при дуже дрібному зерні, важко визначити природу зламу. В цьому випадку злам вивчають за допомогою лупи або бінокулярного мікроскопа.

Останнім часом розвивається галузь металознавства по фрактографіческому вивчення зламів на металографічних і електронних мікроскопах. При цьому знаходять нові переваги старого методу досліджень в металознавстві - досліджень зламу, застосовуючи до таких досліджень поняття фрактальних розмірностей.

2. Макроструктура - є наступним методом дослідження металів. Макроструктурна дослідження полягає у вивченні площині перетину вироби або зразка в подовжньому, поперечному або будь-яких інших напрямках після травлення, без застосування збільшувальних приладів або за допомогою лупи. Перевагою макроструктурна дослідження є та обставина, що за допомогою цього методу можна вивчити структуру безпосередньо цілої виливки або злитка, поковки, штампування і т.д. За допомогою цього методу дослідження можна виявити внутрішні вади металу: бульбашки, порожнечі, тріщини, шлакові включення, досліджувати кристалічну будову виливки, вивчати неоднорідність кристалізації злитка і його хімічну неоднорідність (ликвацию).

За допомогою сірчаних відбитків макрошліфов на фотопапері по Бауманн визначається нерівномірність розподілу сірки по перетину зливків. Велике значення цей метод дослідження має при дослідженні кованих або штампованих заготовок для визначення правильності напрямку волокон в металі.

3. Мікроструктура - один з основних методів в металознавстві - це дослідження мікроструктури металу на металографічних і електронних мікроскопах.

Цей метод дозволяє вивчати мікроструктуру металевих об'єктів з великими збільшеннями: від 50 до 2000 разів на оптичному металографічному мікроскопі і від 2 до 200 тис. Раз на електронному мікроскопі. Дослідження мікроструктури проводиться на полірованих шліфах. На нетравленний шлифах вивчається наявність неметалічних включень, таких як оксиди, сульфіди, дрібні шлакові включення та інші включення, що різко відрізняються від природи основного металу.

Мікроструктура металів і сплавів вивчається на травлених шлифах. Травлення зазвичай проводиться слабкими кислотами, лугами або іншими розчинами, в залежності від природи металу шлифа. Дія травлення полягає в тому, що він по-різному розчиняє різні структурні складові, фарбуючи їх в різні тони або кольору. Межі зерен, що відрізняються від основного розчину мають переслідувані зазвичай відрізняється від основи і виділяється на шлифе у вигляді темних або світлих ліній.

Видимі під мікроскопом поліедри зерен є перетину зерен поверхнею шліфа. Так як це перетин є випадковим і може проходити на різних відстанях від центру кожного окремого зерна, то відмінність в розмірах поліедров не відповідає дійсним відмінностям в розмірах зерен. Найбільш близькою величиною до дійсного розміру зерна є найбільші зерна.

При травленні зразка, що складається з однорідних кристалічних зерен, наприклад чистого металу, однорідного твердого розчину і ін. Спостерігається часто по-різному протруєне поверхні різних зерен.

Це явище пояснюється тим, що на поверхні шліфа виходять зерна, що мають різні кристалографічну орієнтування, внаслідок чого ступінь впливу кислоти на ці зерна виявляються різною. Одні зерна виглядають блискучими, інші сильно протравливаются, темніють. Це потемніння пов'язано з утворенням різних фігур травлення, по-різному відображають світлові промені. У разі сплавів, окремі структурні складові утворюють мікрорельєф на поверхні шліфа, що має ділянки з різним нахилом окремих поверхонь.

Нормально розташовані ділянки відображають найбільшу кількість світла і виявляються найбільш світлими. Інші ділянки - темніші. Часто контраст в зображенні зернистої структури пов'язаний не зі структурою поверхні зерен, а з рельєфом біля кордонів зерен. Крім того, різні відтінки структурних складових можуть бути результатом освіти плівок, утворених при взаємодії травника зі структурними складовими.

За допомогою металографічного дослідження можна здійснювати якісне виявлення структурних складових сплавів і кількісне вивчення мікроструктур металів і сплавів, по-перше, шляхом порівняння з відомими вивченими мікросоставляющімі структур і, по-друге, спеціальними методами кількісної металографії.

Величина зерна визначається. Методом візуальної оцінки, яка полягає у тому, що розглянута мікроструктура, наближено оцінюється балами стандартних шкал по ГОСТ 5639-68, ГОСТ 5640-68. За відповідними таблицями, для кожного бала визначається площа одного зерна і кількість зерен на 1 мм 2 і в 1 мм 3 .

Методом підрахунку кількості зерен на одиниці поверхні шліфа за відповідними формулами. Якщо S - площа, на якій підраховується кількість зерен n, а М - збільшення мікроскопа, то середня величина зерна в перетині поверхні шліфа

Визначення фазового складу. Фазовий склад сплаву частіше оцінюють на око або шляхом порівняння структури зі стандартними шкалами.

Наближений метод кількісного визначення фазового складу може бути проведено методом січної з підрахунком протяжності відрізків, зайнятих різними структурними складовими. Співвідношення цих відрізків відповідає об'ємному змісту окремих складових.

Точковий метод А.А. Глаголєва. Цей метод здійснюється шляхом оцінки кількості точок (точок перетину окулярної сітки мікроскопа), що потрапляють на поверхні кожної структурної складової. Крім того, методом кількісної металографії виробляють: визначення величини поверхні розділу фаз і зерен; визначення числа частинок в обсязі; визначення орієнтації зерен в полікристалічних зразках.

4. Електронна мікроскопія. Велике значення в металографічних дослідженнях знаходить останнім часом електронний мікроскоп. Безсумнівно, йому належить велике майбутнє. Якщо роздільна здатність оптичного мікроскопа досягає значень 0,00015 мм \u003d 1500 А, то роздільна здатність електронних мікроскопів досягає 5-10 А, тобто в кілька сот разів більше, ніж у оптичного.

На електронному мікроскопі здійснюють дослідження тонких плівок (реплік), знятих з поверхні шліфа або безпосереднє вивчення тонких металевих плівок, отриманих утонением масивного зразка.

Найбільшою мірою потребують застосування електронної мікроскопії дослідження процесів, пов'язані з виділенням надлишкових фаз, наприклад, розпад пересичених твердих розчинів при термічному або деформаційному старінні.

5. Рентгенівські методи дослідження. Одним з найбільш важливих методів у встановленні кристаллографического будови різних металів і сплавів є рентгеноструктурний аналіз. Цей метод дослідження дає можливість визначення характеру взаємного розташування атомів в кристалічних тілах, тобто вирішити завдання, не доступну ні звичайного, ні електронного мікроскопу.

В основі рентгеноструктурного аналізу лежить взаємодія між рентгенівськими променями і лежать на їхньому шляху атомами досліджуваного тіла, завдяки якому останні стають ніби новими джерелами рентгенівських променів, будучи центрами їх розсіювання.

Розсіювання променів атомами можна уподібнити віддзеркаленню цих променів від атомних площин кристала за законами геометричної оптики.

Рентгенівські промені відбиваються не тільки від площин, що лежать на поверхні, але і від глибинних. Відбиваючись від декількох однаково орієнтованих площин, відбитий промінь посилюється. Кожна площину кристалічної решітки дає свій пучок відбитих хвиль. Отримавши певне чергування відображених пучків рентгенівських променів під певними кутами, розраховують межплоскостное відстань, кристалографічні індекси відображають площин, в кінцевому рахунку, форму і розміри кристалічної решітки.

Практична частина

Зміст звіту.

1. У звіті необхідно вказати назву, мету роботи.

2. Перерахуйте основні фізичні властивості металів (з визначеннями).

3. Зафіксуйте в зошиті таблиці 1-2. Зробіть висновки за таблицями.

4. Заповніть таблицю: «Основні методи дослідження в матеріалознавстві».

ренгеновскіх

методи дослідження

Практична робота № 2

Тема: «Вивчення діаграм стану»

Мета роботи: ознайомлення студентів з основними видами діаграм стану, їх основними лініями, точками, їх значенням.

Хід роботи:

1.Изучить теоретичну частину.

Теоретична частина

Діаграма стану представляє собою графічне зображення стану будь-якого сплаву, що вивчається в залежності від концентрації і температури (див.рис. 1)

Рис.1 Діаграма стану

Діаграми стану показують стійкі стану, тобто стану, які за даних умов володіють мінімумом вільної енергії, і тому її також називають діаграмою рівноваги, так як вона показує, які за даних умов існують рівноважні фази.

Побудова діаграм стану найбільш часто здійснюється за допомогою термічного аналізу. В результаті отримують серію кривих охолодження, на яких при температурах фазових перетворень спостерігаються точки перегину і температурні зупинки.

Температури, відповідні фазовим перетворенням, називають критичними точками. деякі критичні точки мають назви, наприклад, точки, що відповідають початку кристалізації називають точками ликвидус, а кінця кристалізації - точками солидус.

По кривим охолодження будують діаграму складу в координатах: по осі абсцис - концентрація компонентів, по осі ординат - температура. Шкала концентрацій показує вміст компонента В. Основними лініями є лінії ликвидус (1) і солидус (2), а також лінії відповідні фазовим перетворенням в твердому стані (3, 4).

За діаграмою стану можна визначити температури фазових перетворень, зміна фазового складу, приблизно, властивості сплаву, види обробки, які можна застосовувати для сплаву.

Нижче представлені різні типи діаграм стану:

Рис.2. Діаграма стану сплавів з необмеженою розчинністю

компонентів в твердому стані (а); криві охолодження типових

сплавів (б)

Аналіз отриманої діаграми (рис.2).

1. Кількість компонентів: К \u003d 2 (компоненти А і В).

2. Число фаз: f \u003d 2 (рідка фаза L, кристали твердого розчину)

3. Основні лінії діаграми:

acb - лінія ликвидус, вище цієї лінії сплави знаходяться в рідкому стані;

adb - лінія солидус, нижче цієї лінії сплави знаходяться в твердому стані.

Рис.3. Діаграма стану сплавів з відсутністю розчинності компонентів в твердому стані (а) і криві охолодження сплавів (б)

Аналіз діаграми стану (рис. 3).

1. Кількість компонентів: К \u003d 2 (Компоненти А і В);

2. Число фаз: f \u003d 3 (Кристали компонента А, кристали компонента В, рідка фаза).

3. Основні лінії діаграми:

лінія солидус ecf, паралельна осі концентрацій прагне до осей компонентів, але не досягає їх;

Мал. 4. Діаграма стану сплавів з обмеженою розчинністю компонентів в твердому стані (а) і криві охолодження типових сплавів (б)

Аналіз діаграми стану (рис. 4).

1. Кількість компонентів: К \u003d 2 (компоненти А і В);

2. Число фаз: f \u003d 3 (рідка фаза і кристали твердих розчинів (розчин компонента В в компоненті А) і (розчин компонента А в компоненті В));

3. Основні лінії діаграми:

лінія ликвидус acb, складається з двох гілок, що сходяться в одній точці;

лінія солидус аdcfb, складається з трьох ділянок;

dm - лінія граничної концентрації компонента В в компоненті А;

fn - лінія граничної концентрації компонента А в компоненті В.

Практична частина

Завдання для студентів:

1. Запишіть назву роботи та її мету.

2. Запишіть що таке діаграма стану.

Дайте відповідь на питання:

1. Як будується діаграма стану?

2. Що можна визначити по діаграмі стану?

3. Які назви мають основні точки діаграми?

4. Що вказується на діаграмі по осі абсцис? Осі ординат?

5. Як називаються основні лінії діаграми?

Завдання по варіантах:

Студенти відповідають на одні й ті ж питання, різними є малюнки, за якими необхідно відповідати. 1 варіант дає відповіді по малюнку 2, 2 варіант дає відповіді по малюнку 3, варіант 3 дає відповіді по малюнку 4. Малюнок необхідно зафіксувати в зошит.

1. Як називається діаграма?

2. Назвіть скільки компонентів беруть участь в утворенні сплаву?

3. Якими буквами позначені основні лінії діаграми?

Практична робота № 3

Тема: «Вивчення чавунів»

Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням і областю застосування чавунів; формування вміння розшифровки марок чавунів.

Хід роботи:

Теоретична частина

Чавун відрізняється від сталі: за складом - більш високий вміст вуглецю і домішок; за технологічними властивостями - більш високі ливарні властивості, мала здатність до пластичної деформації, майже не використовується в зварних конструкціях.

Залежно від стану вуглецю в чавуні розрізняють: білий чавун - вуглець в зв'язаному стані у вигляді цементиту, в зламі має білий колір і металевий блиск; сірий чавун - весь вуглець або велика частина знаходиться у вільному стані у вигляді графіту, а в зв'язаному стані знаходиться не більше 0,8% вуглецю. Через велику кількість графіту його злам має сірий колір; половинчастий - частина вуглецю знаходиться у вільному стані у формі графіту, але не менше 2% вуглецю знаходиться в формі цементиту. Мало використовується в техніці.

Залежно від форми графіту і умов його утворення розрізняють наступні групи чавунів: сірий - з пластинчастим графітом; високоміцний - з кулястим графітом; ковкий - з пластівчастим графітом.

Графітові включення можна розглядати як відповідної форми порожнечі в структурі чавуну. Близько таких дефектів при навантаженні концентруються напруги, значення яких тим більше, чим гостріше дефект. Звідси випливає, що графітові включення пластинчастої форми в максимальній мірі разупрочняется метал. Більш сприятлива пластівчаста форма, а оптимальною є куляста форма графіту. Пластичність залежить від форми таким же чином. Наявність графіту найбільш різко знижує опір при жорстких способах навантаження: удар; розрив. Опір стиску знижується мало.

сірі чавуни

Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні, так як легко обробляється і має гарні властивості. Залежно від міцності сірий чавун підрозділяють на 10 марок (ГОСТ 1412).

Сірі чавуни при малому опорі розтягування мають досить високий опір стисненню. Структура металевої основи залежить від кількості вуглецю і кремнію.

З огляду на малий опір виливків з сірого чавуну розтягують і ударних навантажень, слід використовувати цей матеріал для деталей, які піддаються стискає або згинаючих навантажень. У верстатобудуванні це - базові, корпусні деталі, кронштейни, зубчасті колеса, напрямні; в автобудуванні - блоки циліндрів, поршневі кільця, розподільні вали, диски зчеплення. Відливки з сірого чавуну також використовуються в електромашинобудуванні, для виготовлення товарів народного споживання.

Маркування сірих чавунів: позначаються індексом СЧ (сірий чавун) і числом, яке показує значення межі міцності, помножене на 10 -1 .

Наприклад: СЧ 10 - сірий чавун, межа міцності при розтягуванні 100 Мпа.

ковкий чавун

Хороші властивості у виливків забезпечуються, якщо в процесі кристалізації і охолодження виливків у формі не відбувається процес графітизації. Щоб запобігти графітизацію, чавуни повинні мати знижений вміст вуглецю і кремнію.

Розрізняють 7 марок ковкого чавуну: три з феритної (КЧ 30 - 6) і чотири з перлітною (КЧ 65 - 3) основою (ГОСТ 1215).

За механічним і технологічними властивостями ковкий чавун займає проміжне положення між сірим чавуном і сталлю. Недоліком ковкого чавуну в порівнянні з високоміцним є обмеження товщини стінок для відливання і необхідність відпалу.

Виливки з ковкого чавуну застосовують для деталей, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях.

З феритних чавунів виготовляють картери редукторів, маточини, гаки, скоби, хомутики, муфти, фланці.

З перлитових чавунів, що характеризуються високою міцністю, достатньою пластичністю, виготовляють вилки карданних валів, ланки і ролики ланцюгів конвеєра, гальмівні колодки.

Маркування ковкого чавуну: позначаються індексом КЧ (ковкий чавун) і числами. Перше число відповідає межі міцності на розтяг, помножене на 10 -1 , Друге число - відносне подовження.

Наприклад: КЧ 30-6 - ковкий чавун, межа міцності при розтягуванні 300Мпа, відносне подовження 6%.

високоміцний чавун

Отримують ці чавуни з сірих, в результаті модифікування магнієм або церієм. У порівнянні з сірими чавунами, механічні властивості підвищуються, це викликано відсутністю нерівномірності в розподілі напружень через кулястої форми графіту.

Ці чавуни мають високу жидкотекучестью, лінійна усадка - близько 1%. Ливарні напруги в виливок трохи вище, ніж для сірого чавуну. Через високий модуля пружності досить висока різанням. Мають задовільною зварюваністю.

З високоміцного чавуну виготовляють тонкостінні виливки (поршневі кільця), шабота кувальних молотів, станини і рами пресів і прокатних станів, виливниці, резцедержатели, планшайби.

Виливки колінчастих валів масою до 2..3 т, натомість кованих валів зі сталі, мають більш високу циклічної в'язкістю, малочутливі до зовнішніх концентраторів напруги, мають кращі антифрикційні властивості і значно дешевше.

Маркування високоміцного чавуну: позначаються індексом ВЧ (високоміцний чавун) і числом, яке показує значення межі міцності, помножене на 10 -1 .

Наприклад: ВЧ 50 - високоміцний чавун з межею міцності на розтягування 500 Мпа.

Практична частина

Завдання для студентів:

1.Запішіте назва роботи, її мета.

2. Опишіть виробництво чавуну.

3.Заполніте таблицю:

3.Високопрочние

чавуни

Практична робота № 4

Тема: «Вивчення вуглецевих і легованих конструкційних сталей»

Мета роботи:

Хід роботи:

1.Ознакомьтесь з теоретичною частиною.

2.Виполніте завдання практичної частини.

Теоретична частина

Сталь - це сплав заліза з вуглецем, в якому вуглецю міститься в кількості 0 -2,14%. Стали є найбільш поширеними матеріалами. Мають хорошими технологічними властивостями. Вироби отримують в результаті обробки тиском і різанням.

Якість в залежності від вмісту шкідливих домішок: сірки і фосфору стали підрозділяють на сталі:

˗ Звичайної якості, утримання до 0.06% сірки і до 0,07% фосфору.

˗ Якісні - до 0,035% сірки і фосфору кожного окремо.

˗ Високоякісні - до 0.025% сірки і фосфору.

˗ особовисококачественная, до 0,025% фосфору і до 0,015% сірки.

Розкислення - це процес видалення кисню із сталі, т. Е. За ступенем її розкислення, існують: спокійні сталі, т. Е., Повністю розкислення; такі стали позначаються літерами "сп" наприкінці марки (іноді букви опускаються); киплячі стали - слабо розкислення; маркуються буквами "кп"; напівспокійну стали, що займають проміжне положення між двома попередніми; позначаються буквами "пс".

Сталь звичайної якості підрозділяється ще й з постачання на 3 групи: сталь групи А постачається споживачам за механічними властивостями (така сталь може мати підвищений вміст сірки або фосфору); сталь групи Б - за хімічним складом; сталь групи В - з гарантованими механічними властивостями і хімічним складом.

Конструкційні стали призначені для виготовлення конструкцій, деталей машин і приладів.

Так в Росії і в країнах СНД (Україна, Казахстан, Білорусія та ін.) Прийнята розроблена раннє в СРСР буквено-цифрова система позначення марок сталей і сплавів, де відповідно до Держстандарту, буквами умовно позначаються назви елементів і способів виплавки сталі, а цифрами - зміст елементів. До теперішнього часу міжнародні організації зі стандартизації не виробили єдину систему маркування сталей.

Маркування конструкційних вуглецевих сталей

звичайної якості

˗ Позначають по ГОСТ 380-94 буквами "Ст" і умовним номером марки (від 0 до 6) залежно від хімічного складу і механічних властивостей.

˗ Чим вищий вміст вуглецю і міцності властивості стали, тим більше її номер.

˗ Буква "Г" після номера марки вказує на підвищений вміст марганцю в сталі.

˗ Перед маркою вказують групу стали, причому група "А" в позначенні марки стали не ставиться.

˗ Для вказівки категорії стали до позначення марки додають номер в кінці відповідний категорії, першу категорію звичайно не вказують.

наприклад:

˗ Ст1кп2 - вуглецева сталь звичайної якості, яке кипить, № марки 1, другої категорії, постачається споживачам за механічними властивостями (група А);

˗ ВСт5Г - вуглецева сталь звичайної якості з підвищеним вмістом марганцю, спокійна, № марки 5, першої категорії з гарантованими механічними властивостями і хімічним складом (група В);

˗ ВСт0 - вуглецева сталь звичайної якості, номер марки 0, групи Б, першої категорії (сталі марок Ст0 і Бст0 за ступенем розкислення не поділяють).

Маркування конструкційних вуглецевих якісних сталей

˗ Відповідно до ГОСТ 1050-88 ці стали маркуються двозначними числами, що показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка: 05; 08; 10; 25; 40, 45 і т.д.

˗ Для спокійних сталей букви в кінці їх найменувань не повинні додаватися.

Наприклад, 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20 і т.д.

˗ Буква Г в марці стали вказує на підвищений вміст марганцю.

Наприклад: 14Г, 18Г і т.д.

˗ Найпоширеніша група для виготовлення деталей машин (вали, осі, втулки, зубчасті колеса і т.д)

наприклад:

˗ 10 - конструкційна вуглецева якісна сталь, з вмістом вуглецю близько 0,1%, спокійна

˗ 45 - конструкційна вуглецева якісна сталь, з вмістом вуглецю близько 0,45%, спокійна

˗ 18 кп - конструкційна вуглецева якісна сталь з вмістом вуглецю близько 0.18%, кипляча

˗ 14Г - конструкційна вуглецева якісна сталь з вмістом вуглецю близько 0,14%, спокійна, з підвищеним вмістом марганцю.

Маркування легованих конструкційних сталей

˗ Відповідно до ГОСТ 4543-71 найменування таких сталей складаються з цифр і букв.

˗ Перші цифри марки позначають середній вміст вуглецю в стали в сотих частках відсотка.

˗ Букви вказують на основні легуючі елементи, включені в сталь.

˗ Цифри після кожної букви позначають зразкову процентний вміст відповідного елемента, округлене до цілого числа, при вмісті легуючого елемента до 1.5% цифра за відповідною буквою не вказується.

˗ Буква А в кінці марки вказує на те, що сталь високоякісна (зі зниженим вмістом сірки і фосфору)

˗ Н - нікель, Х - хром, К - кобальт, М - молібден, В - вольфрам, Т - титан, Д - мідь, Г - марганець, С - кремній.

наприклад:

˗ 12Х2Н4А - конструкційна легована сталь, високоякісна, з вмістом вуглецю близько 0,12%, хрому близько 2%, нікелю близько 4%

˗ 40ХН - конструкційна легована сталь, з вмістом вуглецю близько 0,4%, хрому і нікелю до 1,5%

Маркування інших груп конструкційних сталей

Рессорно-пружинні сталі.

˗ Основний відмітна ознака цих сталей - вміст вуглецю в них має бути близько 0.8% (в цьому випадку в сталях з'являються пружні властивості)

˗ Пружини та ресори виготовляють з вуглецевих (65,70,75,80) і легованих (65С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкційних сталей

˗ Ці стали легують елементами які підвищують межу пружності - кремнієм, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадієм, бором

Наприклад: 60С2 - сталь конструкційна вуглецева рессорно-пружинна з вмістом вуглецю близько 0,65%, кремнію близько 2%.

шарикопідшипникових стали

˗ ГОСТ 801-78 маркують літерами "ШХ", після яких вказують вміст хрому в десятих частках відсотка.

˗ Для сталей, підданих електрошлаковому переплаву, буква Ш додається також і в кінці їх найменувань через тире.

Наприклад: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

˗ З них виготовляють деталі для підшипників, також їх використовують для виготовлення деталей, що працюють в умовах високих навантажень.

Наприклад: ШХ15 - сталь конструкційна шарикоподшипниковая з вмістом вуглецю 1%, хрому 1,5%

автоматні стали

˗ ГОСТ 1414-75 починаються з літери А (автоматна).

˗ Якщо сталь при цьому легирована свинцем, то її найменування починається з букв АС.

˗ Для відображення вмісту в сталях інших елементів використовуються ті ж правила, що і для легованих конструкційних сталей. Наприклад: А20, А40Г, АС14, АС38ХГМ

Наприклад: АС40 - сталь конструкційна автоматна, з вмістом вуглецю 0,4%, свинцю 0,15-0,3% (в марці не вказується)

Практична частина

Завдання для студентів:

2. Запишіть основні ознаки маркування всіх груп конструкційних сталей (звичайної якості, якісних сталей, легованих конструкційних сталей, рессорно-пружинних сталей, шарікоподшипникових сталей, автоматних сталей), з прикладами.

Завдання по варіантах:

Розшифруйте марки сталей і запишіть область застосування конкретної марки (тобто для виготовлення чого вона призначена)

Практична робота № 5

Тема: «Вивчення вуглецевих і легованих інструментальних сталей»

Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням і областю застосування конструкційних сталей; формування вміння розшифровки маркування конструкційних сталей.

Хід роботи:

1.Ознакомьтесь з теоретичною частиною.

2.Виполніте завдання практичної частини.

Теоретична частина

Сталь - це сплав заліза з вуглецем, в якому вуглецю міститься в кількості 0-2,14%.

Стали є найбільш поширеними матеріалами. Мають хорошими технологічними властивостями. Вироби отримують в результаті обробки тиском і різанням.

Перевагою є можливість, отримувати потрібний комплекс властивостей, змінюючи склад і вид обробки.

Залежно від призначення стали діляться на 3 групи: конструкційні, інструментальні і стали спеціального призначення.

Якість в залежності від вмісту шкідливих домішок: сірки і фосфору стали підрозділяють на: сталі звичайної якості, утримання до 0.06% сірки і до 0,07% фосфору; якісні - до 0,035% сірки і фосфору кожного окремо; високоякісні - до 0.025% сірки і фосфору; особовисококачественная, до 0,025% фосфору і до 0,015% сірки.

Інструментальні стали призначені для виготовлення різного інструмента, як для ручної обробки, так і для механічної.

Наявність широкого сортаменту випускаються сталей і сплавів, що виготовляються в різних країнах, Зумовило необхідність їх ідентифікації, проте до теперішнього часу не існує єдиної системи маркування сталей і сплавів, що створює певні труднощі для металоторгівлі.

Маркування вуглецевих інструментальних сталей

˗ Дані стали відповідно до ГОСТ 1435-90 діляться на якісні та високоякісні.

˗ Якісні стали позначаються літерою У (вуглецева) і цифрою, що вказує середній вміст вуглецю в стали, в десятих частках відсотка.

Наприклад: У7, У8, У9, У10. У7 - вуглецева інструментальна сталь з вмістом вуглецю близько 0.7%

˗ У позначення високоякісних сталей додається буква А (У8А, У12А і т.д.). Крім того, в позначеннях як якісних, так і високоякісних вуглецевих інструментальних сталей може бути присутнім буква Г, яка вказує на підвищений вміст в сталі марганцю.

Наприклад: У8Г, У8ГА. У8А - вуглецева інструментальна сталь з вмістом вуглецю близько 0,8%, високоякісна.

˗ Виготовляють інструмент для ручної роботи (зубило, кернер, чертілка і т.д.), механічної роботи на невисоких швидкостях (свердла).

Маркування легованих інструментальних сталей

˗ Правила позначення інструментальних легованих сталей по ГОСТ 5950-73 в основному ті ж, що і для конструкційних легованих.

Різниця полягає лише в цифрах, що вказують на масову частку вуглецю в стали.

˗ Процентний вміст вуглецю також вказується на початку найменування стали, в десятих частках відсотка, а не в сотих, як для конструкційних легованих сталей.

˗ Якщо ж в інструментальної легованої сталі вміст вуглецю становить близько 1.0%, то відповідну цифру на початку її найменування зазвичай не вказують.

Наведемо приклади: сталь 4Х2В5МФ, ХВГ, ХВЧ.

˗ 9Х5ВФ - легована інструментальна сталь, з вмістом вуглецю близько 0,9%, хрому близько 5%, ванадію і вольфраму до 1%

Маркування високолегованих (швидкорізальних)

інструментальних сталей

˗ Позначають буквою "Р", наступна за нею цифра вказує на процентний вміст у ній вольфраму: На відміну від інших легованих сталей в найменуваннях швидкорізальних сталей не вказується процентний вміст хрому, тому що воно становить близько 4% у всіх сталях, і вуглецю (воно пропорційно вмісту ванадію).

˗ Буква Ф, що показує наявність ванадію, вказується тільки в тому випадку, якщо вміст ванадію становить понад 2.5%.

Наприклад: Р6М5, Р18, Р6 М5Ф3.

˗ Зазвичай з цих сталей виготовляють високопродуктивний інструмент: свердла, фрези і т.д. (Для здешевлення тільки робочу частину)

Наприклад: Р6М5К2 - швидкоріжуча сталь, з вмістом вуглецю близько 1%, вольфраму близько 6%, хрому близько 4%, ванадію до 2,5%, молібдену близько 5%, кобальту близько 2%.

Практична частина

Завдання для студентів:

1. Запишіть назву роботи, її мета.

2. Запишіть основні принципи маркування всіх груп інструментальних сталей (вуглецевих, легованих, високолегованих)

Завдання по варіантах:

1. Розшифруйте марки сталей і запишіть область застосування конкретної марки (тобто для виготовлення чого вона призначена).

Практична робота № 6

Тема: «Вивчення сплавів на основі міді: латуні, бронзи»

Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням і областю застосування кольорових металів - міді і сплавів на її основі: латунь і бронза; формування вміння розшифровки маркування латуней і бронз.

Рекомендації для студентів:

Хід роботи:

1.Ознакомьтесь з теоретичною частиною.

2.Виполніте завдання практичної частини.

Теоретична частина

латуні

Латуні можуть мати в своєму складі до 45% цинку. Підвищення вмісту цинку до 45% призводить до збільшення межі міцності до 450 МПа. Максимальна пластичність має місце при вмісті цинку близько 37%.

За способом виготовлення виробів розрізняють латуні деформуються і ливарні.

Деформуємі латуні маркуються буквою Л, за якою слідує число, що показує вміст міді у відсотках, наприклад в латуні Л62 міститься 62% міді і 38% цинку. Якщо крім міді і цинку, є інші елементи, то ставляться їх початкові літери (О - олово, С - свинець, Ж - залізо, Ф - фосфор, Мц - марганець, А - алюміній, Ц - цинк).

Кількість цих елементів позначається відповідними цифрами після числа, що показує вміст міді, наприклад, сплав ЛАЖ60-1-1 містить 60% міді, 1% алюмінію, 1% заліза і 38% цинку.

Латуні мають хорошу корозійну стійкість, яку можна підвищити додатково присадкою олова. Латунь ЛО70 -1 стійка проти корозії в морській воді і називається "морський латунню". Добавка нікелю і заліза підвищує механічну міцність до 550 МПа.

Ливарні латуні також маркуються буквою Л, Після літерного позначення основного легуючого елемента (цинк) і кожну наступну ставиться цифра, яка вказує його усереднене зміст в сплаві. Наприклад, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 містить 23% цинку, 6% алюмінію, 3% заліза, 2% марганцю. Найкращою жидкотекучестью володіє латунь марки ЛЦ16К4. До ливарним латуням відносяться латуні типу ЛС, ЛК, ЛА, Лаж, ЛАЖМц. Ливарні латуні не схильні до ліквації, мають зосереджену усадку, виливки виходять з високою щільністю.

Латуні є хорошим матеріалом для конструкцій, що працюють при негативних температурах.

бронзи

Сплави міді з іншими елементами крім цинку називаються бронзами. Бронзи підрозділяються на деформуються і ливарні.

При маркуванні деформуються бронз на першому місці ставляться букви Бр, потім букви, що вказують, які елементи, крім міді, входять до складу сплаву. Після букв йдуть цифри, що показують вміст компонентів всплаве. Наприклад, марка БрОФ10-1 означає, що в бронзу входить 10% олова, 1% ф осфора, решта - мідь.

Маркування ливарних бронз також починається з букв Бр, потім вказуються літерні позначення легуючих елементів і ставиться цифра, яка вказує його усереднене зміст в сплаві. Наприклад, бронза БрО3Ц12С5 містить 3% олова, 12% цинку, 5% свинцю, інше - мідь.

Олов'яні бронзи При сплаві міді з оловом утворюються тверді розчини. Ці сплави дуже схильні до ліквації через велику температурного інтервалу кристалізації. Завдяки ликвации сплави з вмістом олова вище 5% є сприятливим для деталей типу підшипників ковзання: м'яка фаза забезпечує хорошу прірабативаемость, тверді частинки створюють зносостійкість. Тому олов'яні бронзи є хорошими антифрикційними матеріалами.

Олов'яні бронзи мають низьку об'ємну усадку (близько 0,8%), тому використовуються в художньому лиття. Наявність фосфору забезпечує хорошу текучість. Олов'яні бронзи підрозділяються на деформуються і ливарні.

У деформуються бронзах зміст олова не повинно перевищувати 6%, для забезпечення необхідної пластичності, БрОФ6,5-0,15. Залежно від складу деформуються бронзи відрізняються високими механічними, антикорозійними, антифрикційними і пружними властивостями, і використовуються в різних галузях промисловості. З цих сплавів виготовляють прутки, труби, стрічку, дріт.

Практична частина

Завдання для студентів:

1.Запішіте назву і мету роботи.

2.Заполніте таблицю:

Назва

сплаву, його

визначення

Основні

властивості

сплаву

приклад

маркування

розшифровка

марки

область

застосування

Практична робота № 7

Тема: «Вивчення алюмінієвих сплавів»

Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням і областю застосування кольорових металів - алюмінію і сплавів на його основі; вивчення особливостей застосування алюмінієвих сплавів в залежності від їх складу.

Рекомендації для студентів: перш ніж приступити до виконання практичної частини завдання, уважно ознайомтеся з теоретичними положеннями, а також лекціями у вашій робочої зошити з даної теми.

Хід роботи:

1.Ознакомьтесь з теоретичною частиною.

2.Виполніте завдання практичної частини.

Теоретична частина

Принцип маркування алюмінієвих сплавів. На початку вказується тип сплаву: Д - сплави типу дюралюминов; А - технічний алюміній; АК -ковкіе алюмінієві сплави; В - високоміцні сплави; АЛ - ливарні сплави.

Далі вказується умовний номер сплаву. За умовним номером іде позначення, що характеризує стан сплаву: М - м'який (відпалений); Т - термічно оброблений (гарт плюс старіння); Н -нагартованний; П - полунагартованний.

За технологічними властивостями сплави підрозділяються на три групи: деформуються сплави, що не зміцнює термічною обробкою; деформуються сплави, зміцнює термічною обробкою; ливарнісплави. Методами порошкової металургії виготовляють спечені алюмінієві сплави (САС) і спечені алюмінієві порошкові сплави (САП).

Деформуємі ливарні сплави, що не зміцнює термічною обробкою.

Міцність алюмінію можна підвищити легуванням. В сплави, що не зміцнює термічною обробкою, вводять марганець або магній. Атоми цих елементів істотно підвищують його міцність, знижуючи пластичність. Позначаються сплави: з марганцем - АМц, з магнієм - Амг; після позначення елемента вказується його зміст (АМг3).

Магній діє тільки як упрочнитель, марганець зміцнює і підвищує корозійну стійкість. Міцність сплавів підвищується тільки в результаті деформації в холодному стані. Чим більше ступінь деформації, тим значніше зростає міцність і знижується пластичність. Залежно від ступеня зміцнення розрізняють сплави загартовані і полунагартованние (АМг3П).

Ці сплави застосовують для виготовлення різних зварних ємностей для пального, азотної та інших кислот, мало- і средненагруженних конструкцій. Деформуємі сплави, зміцнює термічною обробкою.

До таких сплавів ставляться дюралюмінію (складні сплави систем алюміній - мідь - магній або алюміній - мідь - магній - цинк). Вони мають знижену корозійну стійкість, для підвищення якої вводиться марганець. Дюралюмінію зазвичай піддаються загартуванню стемператури 500 про З і природного старіння, якому передує дво-, тригодинний інкубаційний період. Максимальна міцність досягається через 4.5 доби. Широке застосування дюралюмінію знаходять в авіабудуванні, автомобілебудуванні, будівництві.

Високоміцними старіючим сплавами є сплави, які крім міді і магнію містять цинк. Сплави В95, В96 мають межу міцності близько 650 МПа. Основний споживач - авіабудування (обшивка, стрингери, лонжерони).

Кувальні алюмінієві сплави АК, АК8 застосовуються для виготовлення поковок. Поковки виготовляються при температурі 380-450 про С, піддаються загартуванню від температури 500-560 про З і старіння при 150-165 про З протягом 6 годин.

До складу алюмінієвих сплавів додатково вводять нікель, залізо, титан, які підвищують температуру рекристалізації і жароміцність до 300 про С.

Виготовляють поршні, лопатки і диски осьових компресорів, турбореактивних двигунів.

ливарнісплави

До ливарних сплавів відносяться сплави системи алюміній - кремній (силуміни), що містять 10-13% кремнію. Присадка до силуміну магнію, міді сприяє ефекту зміцнення ливарних сплавів при старінні. Титан і цирконій подрібнюють зерно. Марганець підвищує антикорозійні властивості. Нікель і залізо підвищують жароміцність.

Ливарнісплави маркуються від АЛ2 до АЛ20. Силуміни широко застосовують для виготовлення литих деталей приладів та інших середньо - і малонавантажених деталей, в тому числі тонкостінних виливків складної форми.

Практична частина

Завдання для студентів:

1. Запишіть назву і мету роботи.

2. Заповніть таблицю:

Назва

сплаву, його

визначення

Основні

властивості

сплаву

приклад

маркування

розшифровка

марки

область

застосування

Лабораторна робота № 1

Тема: «Механічні властивості металів і методи їх вивчення (твердість)»

Мета роботи:

Хід роботи:

1.Ознакомьтесь з теоретичними положеннями.

2.Виполніте завдання викладача.

3.Составьте звіт відповідно до завдання.

Теоретична частина

Твердістю називають здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого тіла. При випробуваннях на твердість тіло, що впроваджується в матеріал і зване індентором, має бути більш твердим, мати певні розміри і форму, не повинно отримувати залишкової деформації. Випробування на твердість можуть бути статичними і динамічними. До першого виду належать випробування методом вдавлення, до другого - методом ударного вдавлення. Крім того, існує метод визначення твердості царапанием - склерометри.

За значенням твердості металу можна скласти уявлення про рівень його властивостей. Наприклад, чим вище твердість, певна давліваніем наконечника, тим менше пластичність металу, і навпаки.

Випробування на твердість за методом вдавлення полягають у тому, що в зразок під дією навантаження вдавлюють индентор (алмазний, із загартованої сталі, твердого сплаву), що має форму кульки, конуса або піраміди. Після зняття навантаження на зразку залишається відбиток, вимірявши величину якого (діаметр, глибину або діагональ) і зіставивши її з розмірами индентора і величиною навантаження, можна судити про твердість металу.

Твердість визначається на спеціальних приладах - твердоміра. Найбільш часто твердість визначають методами Брінелля (ГОСТ 9012-59) і Роквелла (ГОСТ 9013-59).

Існують загальні вимоги до підготовки зразків і проведення випробувань цими методами:

1. Поверхня зразка повинна бути чистою, без дефектів.

2. Зразки повинні бути певної товщини. Після отримання відбитка на зворотному боці зразка не повинно бути слідів деформації.

3. Зразок повинен лежати на столику жорстко і стійко.

4. Навантаження повинна діяти перпендикулярно поверхні зразка.

Визначення твердості по Бринеллю

Твердість металу по Брінеллю визначають вдавленням в зразок загартованого сталевого кульки (рис. 1) діаметром 10; 5 або 2,5 мм і висловлюють числом твердості НВ, отриманим розподілом прикладеного навантаження Р в Н або кгс (1Н \u003d 0,1 кгс) на площу поверхні утворився на зразку відбитка F в мм

Число твердості по Бринеллю HB виражається відношенням прикладеного навантаженняF до площіS сферичної поверхні відбитка (лунки) на вимірюваної поверхні.

HB = , (МПа),

де

S - площа сферичної поверхні відбитка, мм 2 (Виражена черезD іd);

D - діаметр кульки, мм;

d - діаметр відбитка, мм;

величину навантаженняF , Діаметр кулькиD і тривалість витримки під навантаженням τ, вибирають по таблиці 1.

Малюнок 1. Схема вимірювання твердості за методом Брінелля.

а) Схема вдавлення кульки в випробуваний метал

FD - діаметр кульки,d отп - діаметр відбитка;

б) Вимірювання лупою діаметра відбитка (на малюнкуd\u003d 4,2 мм).

Таблиця 1.

Вибір діаметра кульки, навантаження і витримки під навантаженням в залежності

від твердості і товщини зразка

більше 6

6…3

менше 3

29430 (3000)

7355 (750)

1840 (187,5)

менш 1400

більше 6

6…3

менше 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

Кольорові метали та сплави (мідь, латунь, бронза, магнієві сплави і ін.)

350-1300

більше 6

6…3

менше 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

Кольорові метали (алюміній, підшипникові сплави і ін.)

80-350

більше 6

6…3

менше 3

2,5

2450 (250)

613 (62,5)

153,2 (15,6)

На малюнку 2 наведена схема важільного приладу. Зразок встановлюють на предметний столик 4. Обертаючи маховик 3, гвинтом 2 піднімають зразок до зіткнення його з кулькою 5 і далі до повного стиснення пружини 7, одягненою на шпиндель 6. Пружина створює попередню навантаження на кульку, рівну 1 кН (100 кгс), що забезпечує стійке положення зразка під час навантаження. Після цього включають електродвигун 13 і через червячную передачу редуктора 12, шатун 11 і систему важелів 8,9, розташованих в корпусі 1 твердоміра з вантажами 10 створює задану повне навантаження на кульку. На випробуваному зразку виходить кульової відбиток. Після розвантаження приладу зразок знімають і визначають діаметр відбитка спеціальної лупою. За розрахунковий діаметр відбитка приймають середнє арифметичне значення вимірів в двох взаємно перпендикулярних напрямках.

Малюнок 2. Схема приладу Бринелля

За вище наведеною формулою, використовуючи виміряний діаметр відбитка, обчислюється число твердості HB. Число твердості в залежності від діаметра отриманого відбитка можна також знайти за таблицями (див. Таблицю чисел твердості).

При вимірюванні твердості кулькою діаметром D \u003d 10,0 мм під навантаженням F \u003d 29430 Н (3000 кгс), з витримкою τ \u003d 10 с - число твердості записується так:HB 2335 Мпа або за старим позначенню НВ 238 (в кгс / мм 2 )

При вимірі твердості по Бринеллю необхідно пам'ятати наступне:

Можна відчувати матеріали з твердістю не більше НВ 4500 МПа, так як при більшій твердості зразка відбувається неприпустима деформація самого кульки;

Щоб уникнути продавлювання мінімальна товщина зразка повинна бути не менше десятиразової глибини відбитка;

Відстань між центрами двох сусідніх відбитків повинно бути не менше чотирьох діаметрів відбитка;

Відстань від центру відбитка до бічної поверхні зразка має бути не менше 2,5d.

Визначення твердості по Роквеллу

За методом Роквелла твердість металів визначають вдавленням у випробуваний зразок кульки із загартованої сталі діаметром 1,588 мм або алмазного конуса з кутом при вершині 120 про під дією двох послідовно додаються навантажень: попередньої Р0 \u003d 10 кгс і загальної Р, що дорівнює сумі попередньої Р0 і основний Р1нагрузок (рис. 3).

Число твердості по РоквеллуHR вимірюється в умовних безрозмірних одиницях і визначається за формулами:

HR c \u003d - при вдавливании алмазного конуса

HR в \u003d - при вдавливании сталевої кульки,

де 100– число поділок чорної шкали С, 130 - число поділок червоною шкали В циферблата індикатора, що вимірює глибину вдавлення;

h 0 - глибина вдавлювання алмазного конуса або кульки під дією попереднього навантаження. мм

h - глибина вдавлювання алмазного конуса або кульки під дією загального навантаження, мм

0,002 - ціна ділення шкали циферблата індикатора (переміщення алмазного конуса при вимірі твердості на 0,002 мм відповідає переміщенню стрілки індикатора на одну поділку), мм

Вид наконечника і величина навантаження вибирається по таблиці 2, в залежності від твердості та товщини випробуваного зразка. .

Число твердості по Роквеллу (HR) Є мірою глибини вдавлення індентора і виражається в умовних одиницях. За одиницю твердості прийнята безрозмірна величина, відповідна осьовому переміщенню на 0,002 мм. Число твердості по Роквеллу вказується безпосередньо стрілкою на шкалі З або В індикатора після автоматичного зняття основного навантаження. Твердість одного і того ж металу, певна різними методами виражається різними одиницями твердості.

наприклад,HB 2070, HR c 18 абоHR в 95.

Малюнок 3. Схема вимірювання твердості по Роквеллу

Таблиця 2

HR В

сталева кулька

981 (100)

0,7

25…100

за шкалою В

від 2000 до 7000 (загартовані сталі)

HR З

Алмазний конус

1471 (150)

0,7

20…67

за шкалою С

Від 4000 до 9000 (деталі піддалися цементації або азотуванню, тверді сплави та ін.)

HR А

Алмазний конус

588 (60)

0,4

70…85

за шкалою В

Метод Роквелла відрізняється простотою і високою продуктивністю, забезпечує збереження якісної поверхні після випробування, дозволяє відчувати метали і сплави, як низької, так і високої твердості. Цей метод не рекомендується застосовувати для сплавів з неоднорідною структурою (чавуни сірі, ковкі і високоміцні, антифрикційні підшипникові сплави і ін.).

Практична частина

Зміст звіту.

Вкажіть назву роботи, її мета.

Дайте відповідь на питання:

1. Що називається твердістю?

2. У чому сутність визначення твердості?

3. Які 2 методу визначення твердості ви знаєте? У чому їхня відмінність?

4. Як необхідно підготувати зразок до випробування?

5. Чим пояснити відсутність універсального методу визначення твердості?

6. Чому з багатьох механічних характеристик матеріалів найбільш часто визначають твердість?

7. Зафіксуйте в зошиті схему визначення твердість по Бріннелю і по Роквеллу.

Лабораторна робота № 2

Тема: «Механічні властивості металів і методи їх вивчення (міцність, пружність)»

Мета роботи: вивчити механічні властивості металів, методи їх вивчення.

Хід роботи:

1.Ознакомьтесь з теоретичними положеннями.

2.Виполніте завдання викладача.

3.Составьте звіт відповідно до завдання.

Теоретична частина

Основними механічними властивостями є міцність, пружність, в'язкість, твердість. Знаючи механічні властивості, конструктор обгрунтовано вибирає відповідний матеріал, що забезпечує надійність і довговічність конструкцій при їх мінімальній масі.

Механічні властивості визначають поведінку матеріалу при деформації і руйнуванні від дії зовнішніх навантажень. Залежно від умов навантаження механічні властивості можуть визначатися при:

1. статичне навантаження - навантаження на зразок зростає повільно і плавно.

2. Динамічному навантаженні - навантаження зростає з великою швидкістю, має ударний характер.

3. Повторно-змінному або циклічним навантаженні - навантаження в процесі випробування багаторазово змінюється по величині або по величині і напрямку.

Для отримання порівнянних результатів зразки і методика проведення механічних випробувань регламентовані ГОСТами. Під час статичного випробування на розтяг: ГОСТ 1497 отримують характеристики міцності і пластичності.

Міцність - здатність матеріалу чинити опір деформацій і руйнування.

Пластичність - це здатність матеріалу змінювати свої розміри і форму під впливом зовнішніх сил; міра пластичності - величина залишкової деформації.

Пристрій, що визначає міцність і пластичність - це розривна машина, яка записує діаграму розтягування (див. Рис. 4), яка має залежність між подовженням зразка і діючої навантаженням.

Мал. 4. Діаграма розтягування: а - абсолютна, б - відносна.

Ділянка ОА на діаграмі відповідає пружною деформації матеріалу, коли дотримується закон Гука. Напруга, відповідне пружною граничної деформації в точці а, називається межею пропорційності.

Межа пропорційності - це найбільше напруження, до досягнення якого справедливий закон Гука.

При напрузі вище межі пропорційності відбувається рівномірна пластична деформація (подовження або звуження перетину).

Точка b - межа пружності - найбільше напруження, до досягнення якого в зразку не виникає залишкової деформації.

Майданчик сd - майданчик плинності, вона відповідає межі плинності - це напруга, при якому в зразку відбувається збільшення деформації без збільшення навантаження (матеріал «тече»).

Багато марки стали, кольорових металів не мають яскраво вираженої площадки плинності, тому для них встановлюють умовний межа плинності. Умовний межа плинності - це напруга, яке відповідає залишкової деформації рівній 0,2% від первісної довжини зразка (сталь легована, бронза, дюралюміній і ін. Матеріали).

Точка В відповідає межі міцність (на зразку з'являється місцеве утоньшение - шийка, освіту утоньшения характерно для пластичних матеріалів).

Межа міцності - це максимальне напруження, яке витримує зразок до дозволу (тимчасовий опір розриву).

За точкою В навантаження падає (внаслідок подовження шийки) і руйнування відбувається в точці К.

Практична частина.

Зміст звіту.

1. Вкажіть назву роботи, її мета.

2. Які механічні властивості ви знаєте? Якими методами визначаються механічні властивості матеріалів?

3. Запишіть визначення понять міцність і пластичність. Якими методами вони визначаються? Як називається пристрій, який визначає ці властивості? За допомогою чого визначаються властивості?

4. Зафіксуйте абсолютну діаграму розтягування пластичного матеріалу.

5. Після діаграми вкажіть назви всіх точок і ділянок діаграми.

6. Який межа є основною характеристикою при виборі матеріалу для виготовлення будь-якого виробу? Відповідь обґрунтуйте.

7. Які матеріали більш надійні в роботі тендітні або пластичні? Відповідь обґрунтуйте.

Список літератури

Основна:

Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство (металообробка). - М .: ОІЦ «Академія», 2009 - 240 с.

Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство і технологія матеріалів. - М .: ФОРУМ, 2010 - 336 с.

Чумаченко Ю.Т. Матеріалознавство і слюсарна справа (НУО та СПО). - Ростов н / Д .: Фенікс, 2013 - 395 с.

Додаткова:

Жуковец І.І. Механічні випробування металів. - М .: Висш.шк., 1986. - 199 с.

Лахтін Ю.М. Основи матеріалознавства. - М .: Металургія, 1988.

Лахтін Ю.М., Леонтьєва В.П. Матеріалознавство. - М .: Машинобудування, 1990..

Електронні ресурси:

1. Журнал «Матеріалознавство». (Електронний ресурс) - форма доступу http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id\u003d2.

2. Матеріалознавство: освітній ресурс, форма доступу http: // www.supermetalloved / narod.ru.

3. Марочник сталей. (Електронний ресурс) - форма доступу www.splav.kharkov.com.

4. Федеральний центр інформаційно-освітніх ресурсів. (Електронний ресурс) - форма доступу www.fcior.ru.