Кратка теоретична информация. Лабораторна работа по курса "Материалознание"

Методическата разработка на практически урок за учебна дисциплинаОП 08 „Материалознание” по специалността на средното професионално образование 22.02.06 „Заваръчно производство”.

В хода на тази работа студентите изучават видовете и характеристиките на кристалните решетки на металите, влиянието на кристалните решетки върху структурата и свойствата на металите и техните сплави.

В края на работата учениците са помолени да отговорят на контролни въпроси.

Изтегли:

Преглед:

Указания за практическа работа по темата "Изучаване на видовете кристални решетки и тяхното влияние върху структурата и свойствата на металите и техните сплави" за студенти от втора година в специалност средно професионално образование 22.02.06 "Заваръчно производство" в акад. дисциплина ОП 08 "Материалознание"

Никифорук Татяна Алексеевна.

учител по специални дисциплини,

TOGBPOU "Диверсифициран колеж",

Моршанск, Тамбовска област

Моршанск, 2016 г

Основни теоретични положения 3

1. Атомен кристална структураметали 3
2. Трансформации в твърдо състояние. Полиморфизъм 6
3. Процедура за изпълнение на практическа работа 8
4. Съдържание на доклада от практиката 8

Цел на работата: Запознайте се с видовете и характеристиките на кристалните решетки на металите. Да се ​​изследва влиянието на кристалните решетки върху структурата и свойствата на металите.

Основни теоретични положения

1. АТОМНО-КРИСТАЛНА СТРУКТУРА НА МЕТАЛИ.

метални материали. 83 от известните 112 химически елемента от периодичната таблица на Д. И. са метали. Те имат редица характерни свойства:

- висока топло- и електрическа проводимост;

- положителен коефициент на електрическо съпротивление (с повишаване на температурата електрическото съпротивление се увеличава);

- термоемисия (излъчване на електрони по време на нагряване);

- добра отразяваща способност (блясък);

- способност за пластична деформация;

Полиморфизъм.

Наличието на тези свойства се дължи на металното състояние на материята, основното от които е наличието на лесно подвижни колективизирани проводими електрони.

Металното състояние възниква в набор от атоми, когато, когато се приближават един към друг, външните (валентни) електрони губят връзката си с отделните атоми, стават общи и се движат свободно между положително заредени, периодично разположени йони. Силите на привличане (силите на свързване) в твърдите тела се различават значително по природа. Обикновено се разглеждат четири основни типа връзки в твърди тела: ван дер ваалсови, ковалентни, метални и йонни.

Под атомно-кристална структура се разбира взаимното разположение на атомите в кристала. Кристалът се състои от атоми (йони), подредени в определен ред, който периодично се повтаря в три измерения.

Най-малкият комплекс от атоми, който при многократно повторение в пространството прави възможно възпроизвеждането на пространствена кристална решетка, се нарича елементарна клетка.

За характеризиране на единичната клетка се използват параметрите на кристалната решетка:

Три ребра a, b, c , измерено в ангстрьоми (1Å = 1 * 10-8 cm) или в kiloix - kX (1kX = 1,00202 Å) и три ъгълаα , β , γ , ;

Компактна структураη - съотношението на обема, зает от атомите, към обема на клетката (за bcc решеткатаη = 64%, за fcc решеткатаη = 74%);

Координационното число K е броят на най-близките съседи на даден атом: за bcc решетката това число е 8, т.е. атомите, разположени отгоре, принадлежат към осем елементарни клетки (фиг. 1.а), за fcc решетката това число е 12, т.е. атомите, разположени в горната част, принадлежат към дванадесет елементарни клетки (фиг. 1.b).

Фигура 1. Схема за определяне на координационния номер на кристалната решетка:

a – HCC;

b - BCC;

c - GPU

Най-простият тип кристална клетка е кубичната решетка. В простата кубична решетка атомите не са опаковани достатъчно плътно.

Желанието на металните атоми да заемат места, които са най-близо един до друг, води до образуването на решетки от други видове (фиг. 2.):

Обемно-центрирана кубична решетка (BCC) (фиг. 2.a) с параметъра

a \u003d 0,28 - 0,6 mm \u003d 2,8 - 6,0 Å

Гранецентрирана кубична решетка (FCC) (фиг. 2.b) с параметъра

а = 0,25 mm

Шестоъгълна плътно опакована решетка (hcp) (фиг. 2.c) с параметъра

c/a ≈ 1,633

Фигура 2. Кристални решетки: а – лицево-центриран куб (BCC); b – тялоцентричен куб (FCC); c- шестоъгълна плътно опакована (hcp)

Възлите (положенията на атомите), посоките в равнината и в пространството се обозначават с помощта на така наречените индекси на Милър (фиг. 3).

Индексите на възлите са написани - (mnp),

Индексите на посоката се записват −[mnp] ,

Индексът на равнината е написан - (hk1).

Фигура 3. Символи за някои от най-важните възли, посоки и равнини в кубична решетка.

Поради нееднаквата плътност на атомите в различни равнини и посоки на решетката, много свойства на единичен кристал (химични, физични, механични) са тази посокасе различават от свойствата в другата посока и естествено зависят от това колко атома се срещат в тази посока.

Разликата в свойствата в зависимост от посоката на теста се нарича анизотропия.

Всички кристали са анизотропни.

Анизотропията е характеристика на всеки кристал, характерна за кристалната структура.

Техническите метали са поликристали, т.е. се състои от набор от кристалити с различна ориентация. В този случай свойствата във всички посоки са осреднени.

1. ТРАНСФОРМАЦИИ В ТВЪРДО СЪСТОЯНИЕ. ПОЛИМОРФИЗЪМ.

Атомите на даден елемент могат да образуват, ако изхождаме само от геометрични съображения, всяка кристална решетка. Въпреки това, стабилният и следователно действително съществуващ тип е решетката с най-нисък запас от свободна енергия.

Така се образуват различни метали различни видовекристална решетка:

Li, Na, K, Mo, W—bcc;

- Al, Ca, Cu, Au, Pt—fcc;

Mg, Zr, Hf - hcp.

Въпреки това, в някои случаи, когато температурата или налягането се променят, може да се окаже, че за същия метал различна решетка ще бъде по-стабилна от тази, която съществува при дадена температура или налягане. Така например има желязо с решетки от центрирани по тялото и лицеви центрирани кубчета, открит е кобалт с центрирани по лицето и шестоъгълни решетки (фиг. 4).

Съществуването на един и същи метал (вещество) в няколко кристални форми се нарича полиморфизъм или алотропия.

Различни кристални форми на едно и също вещество се наричат ​​полиморфи или алотропни модификации (таблица 1).

Алотропните форми се означават с гръцки буквиα , β , γ и т.н., които се добавят като индекси към символа, обозначаващ елемента. Алотропната форма при най-ниската температура, означена с букватаα, следващ - β и т.н.

Феноменът на полиморфизма се основава на единен закон за стабилността на състоянието с най-малко количество енергия. Запасът от свободна енергия зависи от температурата. Следователно в един температурен диапазон една модификация е по-стабилна, а в друга друга.

Температурата, при която се извършва преходът от една модификация към друга, се нарича температура на полиморфната (алотропна) трансформация.

Механизмът на растеж на кристалите на новата фаза може да бъде нормална кристализация и мартензит.

Нормалният механизъм на растеж е зараждането на нова фаза по границите на зърна, блокове, фрагменти при ниски степени на преохлаждане (Snα ↔ Sn β ).

Мартензитният механизъм се осъществява при ниски температури и висока степен на преохлаждане, с ниска дифузионна подвижност на атомите чрез тяхното изместване (разместване) по определени кристалографски равнини и посоки. Новата фаза е под формата на игли и расте много бързо (Coα ↔ Co β ).

Алотропната трансформация е придружена от промяна на свойствата, обема и появата на вътрешни напрежения.

Фигура 4. Единични клетки на кристални решетки:

I - кубично центрирано тяло (α-желязо),

II - кубичен лицев център (мед),

III - шестоъгълна плътно опакована;

a и c са параметрите на решетката.

Маса 1. Алотропни модификации на металите.

Метал		Група		Модификация		Кристална клетка
калций		II-A		Ca α до 450 Caαβ 450-851		Кубичен FCC
Галий		III-B		Gaα Gaβ		Ромбичен четириъгълна
Талий		III-B		Tlα до 262 Tlβ 262-304		Шестоъгълна плътна опаковка
Титан		IV-A		Tiα до 882 Tiβ 882-1725		Шестоъгълна плътна опаковка Центрирано кубично тяло
Цирконий		IV-A		Zrα до 862 Zrβ 862-1830		Шестоъгълна плътна опаковка Центрирано кубично тяло
Хафний		IV-A		Hfα до 1610 г Hfβ 1610-1952		Шестоъгълна Центрирано кубично тяло
Калай		IV-Б		Snα до 18 Snβ 18-232		Диамант Тетрагонално тяло в центъра
Волфрам		VI-A		Wα до 650 Wβ 650-3400		Центрирано кубично тяло Сложен (неразшифрован)
Уран		VI-A		Uα до 660 Uβ 660-770

ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ЗА ОБРАЗОВАНИЕ Държавна образователна институция за висше професионално образование

"Южно-руски държавен университет по икономика и обслужване" (GOU VPO "YURGUES")

МАТЕРИАЛОЗУКА

ТЕХНОЛОГИЯ НА КОНСТРУКЦИОННИТЕ МАТЕРИАЛИ

Лабораторен семинар

за студенти от специалности 190601, 190603, 200503, 260704

редовна и задочна форми на обучение

МИНИ ГОУ ВПО "ЮРГУЕС"

УДК 620.1(076.5) ББК 30.3я73

съставен от:

Кандидат на техническите науки, доцент в катедра „Приложна механика и машиностроене“

Ю.Е. по дяволите

д-р, чл. Преподавател в катедра „Приложна механика и машиностроене”.

С.Н. Байбара

Рецензенти:

д-р, професор, гл. Катедра "Техническа експлоатация на автомобилите"

ЮГ. Сапронов

Кандидат на техническите науки, професор в катедра Технология на кожените изделия, стандартизация и сертификация

M341 Материалознание: Технология на структурните материали: Лабораторен семинар / съставен от Yu.E. Чертов, С.Н. Байбара. - Мини: GOU VPO "ЮРГУЕС", 2010. - 71 с.

Използване лабораторен семинарще позволи да се консолидира лекционният материал, да се осигури самостоятелно изучаване на отделните дидактически единици на дисциплината, успешното изпълнение на тестове и самостоятелни задачи.

Предназначен за студенти от специалности 190601, 190603, 200503, 260704 редовна и задочна форма на обучение.

УДК 620.1(076.5) ББК 30.3я73

Режим на достъп до електронния аналог на печатното издание: http://www.libdb.sssu.ru

© GOU VPO „Южен Руски състояниеУниверситет по икономика и обслужване", 20 10

ПРЕДГОВОР ................................................. ............. ..................................... ....
Лабораторна работа номер 1.Изследване на процеса на кристализация
Лабораторна работа номер 2.Изследване на макро- и микроструктура
метали и сплави ................................................. ................................................
Лабораторна работа номер 3.Изследване на диаграми на състояния
двойни сплави ................................................. ................ ................................. ..........
Лабораторна работа номер 4.Изследване на фазовите трансформации
според диаграмата на състоянието желязо-циментит ......................................... ..... .....
Лабораторна работа номер 5.Методи за измерване на твърдостта на металите......
Лабораторна работа номер 6.Ефект от топлинна обработка
върху механичните свойства на конструкционната стомана..................................... .........
Лабораторна работа номер 7.Оформяне на заготовки чрез отливане
в пясъчни форми ................................................. ............................................
Лабораторна работа номер 8.Изучаване на начините на електричество
заваряване на метал ................................................. ................ ................................. .............
Лабораторна работа номер 9.Да се ​​научиш да правиш
пластмасови изделия ................................................. ............... ................................. .............
БИБЛИОГРАФСКИ СПИСЪК ................................................ .................. ..........

ПРЕДГОВОР

Бъдещият специалист - завършил висше учебно заведение ще трябва да работи в бързо променяща се производствена среда. Вече цикълът на технологично обновяване в някои индустрии е по-кратък от периода на обучение в институт или университет. Ето защо обучението на нов тип специалисти, способни бързо да се адаптират към новите условия на работа на предприятията, е една от основните задачи на университета.

Лабораторният практикум, като форма на обучение, максимално допринася за активизирането на умствената дейност на учениците и развитието на уменията им за творческо прилагане на практика на придобитите знания.

Предложената лабораторна работа ще позволи на студентите да изучават задълбочено теоретичните положения на курса "Материалознание", да придобият практически умения за изучаване на структурата и свойствата на металните инженерни материали, да оценят ефекта от различни видове топлинна обработка върху структурата и свойствата от метали.

производителност лабораторна работав условията на рязко намаляване на обема лекциичесто не съвпада с реда на представяне на лекционния курс. Следователно всяка творба съдържа общ теоретична информациятова ще го направи по-лесно самообучениеученикът да изпълнява работата, като допринася за нейното съзнателно изпълнение и разбиране на резултатите.

Лабораторното упражнение е изготвено в съответствие с изискванията на Държавния образователен стандарт по дисциплината „Материалознание. TKM“ за студенти от инженерни специалности на висши учебни заведения.

Лабораторна работа № 1 ИЗУЧАВАНЕ НА ПРОЦЕСА НА КРИСТАЛИЗАЦИЯ НА МЕТАЛИ И СПЛАВИ

Целта на работата: да се изследва процесът на преход на метални материали (метали и сплави) от течно към твърдо агрегатно състояние, като се вземе предвид влиянието на външни фактори, както и да се изследва структурата на стоманен слитък .

1. Дайте кратко описание на металите, сплавите и процесите на тяхната кристализация.

2. Запознайте се с биологичния микроскоп.

3. За наблюдение на кристализацията на соли от пренаситени водни разтвори.

4. Начертайте, като наблюдавате кристализацията на капката, най-характерните зони и дайте обяснения. Размерът на картината е кръг 50 мм.

5. Скицирайте надлъжното и напречното сечение на стоманения блок. Дайте обяснение за наличието на три зони в слитъка.

6. Подгответе писмен доклад за работата.

Общи сведения от теорията

1. Кратко описание на металите и сплавите

Металите и сплавите са най-важните структурни материали, широко използвани в инженерството. Металите, в допълнение към блясъка и пластичността, имат висока топло- и електрическа проводимост.

Получаването на химически чисти метали е свързано със значителни трудности, а стойностите на техните механични характеристики не са високи. В тази връзка металните сплави се използват широко в технологиите.

Сплавите са сложни вещества, които включват няколко метала или метали и неметали. Металните сплави имат свойствата на чистите метали, отбелязани по-горе.

Металните материали в твърдо агрегатно състояние имат кристална структура, в която положително заредените йони са подредени в строго определен ред, периодично повтарящ се в три измерения на пространството. Тъй като сплавите обикновено се получават по металургична технология, течното състояние предхожда твърдото състояние. Пренасянето на материя от течно състояниев твърдо се нарича

кристализация.

2. Кристализация на метали и сплави

Кристализацията протича при условия, когато системата преминава в термодинамично по-стабилно състояние с по-ниска свободна енергия. Свободната енергия F е онази част от вътрешната енергия на системата, която може да се преобразува в работа. С повишаване на температурата свободната енергия на течното и твърдото състояние на метала намалява (виж фиг. 1.1).

Безплатна енергия F

състояние

					състояние
Т кр
					Т мн.ч
температура,

Фигура 1.1 - Изменение на свободната енергия на течното и твърдото състояние в зависимост от температурата

Когато се достигне равновесната температура T S, свободната енергия на течното и твърдото състояние е равна и следователно при тази температура нито процесът на кристализация, нито процесът на топене могат да протекат докрай.

За развитието на процеса на кристализация е необходимо да се създадат условия, при които свободната енергия на твърдата фаза ще бъде по-малка от свободната енергия на течната фаза. Както може да се види от графиката, показана на фигура 1.1, това е възможно само при известно преохлаждане на сплавта.

Степента на хипотермияе разликата между равновесните (теоретични) и действителните температури на кристализация

T TS Tcr .

За развитието на процеса на топене е необходима известна степен на прегряване на сплавта.

T Tm TS .

Степента на преохлаждане се измерва в градуси по Целзий и зависи от скоростта на охлаждане, естеството и чистотата на стопилката. Колкото по-бърза е скоростта на охлаждане, толкова повече степенхипотермия. Колкото по-чиста е стопилката, толкова по-голяма е нейната стабилност и следователно по-голяма е степента на преохлаждане.

Наличието на неразтворени частици в стопилката ускорява процеса на кристализация и пречиства зърното. Изследване Д.К. Чернов, беше разкрито, че кристализацията започва с образуването на кристални ядра (центрове на кристализация) и продължава с увеличаване на техния брой и размер.

Броят на центровете за кристализация (C.C.) и скоростта им на растеж (S.R.) зависят от степента на преохлаждане. С увеличаване на степента на преохлаждане броят на центровете за кристализация се увеличава и скоростта на техния растеж се увеличава; при определена степен на хипотермия настъпва максимум.

Въпреки това, метали и сплави, които имат ниска тенденция към преохлаждане в течно състояние, не могат да бъдат охладени до температури, при които броят на центровете на кристализация и скоростта на растеж на кристалите биха достигнали максимум. Следователно за металите кривите "Ч.Ц." и "С.Р." прекъсват вече при ниски степени на преохлаждане (плътни криви на фигура 1.2).

С.Р.

T ST

Степен на хипотермия T, C

Фигура 1.2 - Влиянието на степента на преохлаждане върху броя на центровете за кристализация и скоростта на растеж на кристалите

За степента на преохлаждане Т скоростите на образуване на кристализационни центрове и техния растеж са малки, следователно процесът на кристализация протича бавно и зърната са големи (тъй като се образуват малко кристализационни центрове на единица обем от течната фаза).

За степента на преохлаждане T както скоростта на нуклеация на центровете за кристализация, така и скоростта на техния растеж са се увеличили значително, така че процесът на кристализация ще протече много по-бързо, отколкото при степента на преохлаждане T, и тъй като това увеличава броя на центровете за кристализация за единица обем, зърната са малки.

По този начин, чрез промяна на степента на преохлаждане, е възможно да се получат кристалити (зърна) с различни размери. Много свойства на сплавта зависят от размера на зърното. На практика усъвършенстването на зърната в сплавите се постига и чрез модификация, т.е. въвеждането на диспергирани частици от модифициращи вещества в стопилката, които стават допълнителни центрове на кристализация.

Процесът на кристализация на метали и сплави е подобен на процеса на кристализация на соли от водни разтвори. В същото време образуването на кристали става възможно да се наблюдава с биологичен микроскоп при стайна температура, докато водата се изпарява, което е удобно и безопасно.

3. Структура на метален слитък

Кристалите в процеса на втвърдяване на метала могат да имат различна форма в зависимост от скоростта на охлаждане, естеството и количеството на примесите. Най-често в процеса на кристализация се образуват разклонени или дървовидни кристали, наречени дендрити. Първоначално се образуват дълги разклонения, така наречените оси от първи ред (главните оси на дендрита). Едновременно с удължаването на осите от първи ред, същите клони от втори ред, перпендикулярни на тях, възникват и растат по техните краища. На свой ред осите от трети ред се раждат върху осите от втори ред и т.н.

		– зона на фини зърна;
		– зона на стълбовидни кристали;
		– зона на равноосни кристали;
		- свиваема обвивка;
		- газови мехурчета, кухини,
		ронливост на свиване

Фигура 1.3 - Схема на структурата на стоманен слитък от спокойна стомана

Кристализацията на течен метал започва на повърхността на по-студена форма и се появява първо в тънък слой от силно преохладена течност в съседство с повърхността. Това води до образуването на много тясна зона от малки неориентирани зърна върху повърхността на блока.

Зад зона 1, дълбоко в слитъка, има втора зона - зоната на колонните кристали. Растежът на тези кристали протича в посока на отвеждане на топлината и тъй като всички кристали растат едновременно се получават колонни (удължени) кристали, чийто растеж продължава докато има насочено отвеждане на топлина. В случай на силно прегряване и бързо охлаждане, зоната на колонните кристалити може да запълни целия обем на слитъка.

Този тип кристализация се нарича транскристализация.Във вътрешната част на слитъка се образува зона 3, състояща се от равноосни различно ориентирани дендритни кристали, по-големи поради ниската скорост на охлаждане (поради намаляване на Т). Тъй като течният метал има по-голям специфичен обем от твърдия, тогава в тази част от слитъка, която се втвърдява последна, се образува празнина - кухина за свиване. Обикновено е заобиколен от най-замърсения метал, съдържащ микро- и макропори, газови мехурчета и други дефекти. Кристализацията на зоните на слитъка, както и на осите на дендритите, не се случва едновременно, поради което металът на слитъка има хетерогенност в химичния състав - зонална и дендритна сегрегация.

4. Оборудване и мостри

За наблюдение на процеса на кристализация на солта се използват биологични микроскопи. Стойката на микроскопа е стабилна основа, към която се закрепват останалите части на микроскопа: тубус, държач на кондензатор, купола с обективи, окуляр. По правило микроскопът е оборудван с няколко лещи с различни увеличения, поставени върху купол, което ви позволява да настроите лещите на място, като ги преместите. работна позиция. Изследването на пробата обикновено започва с обектив с най-ниско увеличение и най-голямо зрително поле. Детайлите, представляващи интерес, се изследват с помощта на лещи с голямо увеличение.

Схематичната диаграма на биологичен микроскоп е показана на фигура 1.4.

- огледало;

- предметна таблица;

- предметно стъкло;

- капка солен разтвор;

- лещи;

- микроскопска тръба;

- окуляр;

- окото на наблюдателя.

Фигура 1.4 - Схематична диаграма на биологичен микроскоп

Настройката на микроскопа се извършва по следния начин. Чрез завъртане на стъклото 2 към източника на светлина се постига най-ярка осветеност в окуляра 8. След това предметното стъкло 4 с капка 5 от солевия разтвор се поставя върху масата 3, така че да може да се наблюдава ръбът на капката. Фокусното разстояние се настройва чрез спускане/повдигане на масата на обекта 3 спрямо тръбата 7, като се постига ясно изображение на ръба на капката в окуляра 8.

5. Работен ред

След като са изучили теоретичната част и са се запознали със задачата за работа, учениците започват да наблюдават процеса на кристализация. За това, биологичен микроскоп и предметно стъкло с капка свръхнаситен воден разтвортрапезна сол. След като настроите микроскопа, поставете стъклото върху стола на микроскопа и наблюдавайте началото на процеса на кристализация на ръба на капката. Докато водата се изпарява, кристалите ще растат и в следващите зони на падане. Изследваният процес може условно да се раздели на три периода. Първият е кристализацията на солта на ръба на капката, където количеството вода е най-малко. През този период на ръба на капката се образуват малки кристали с правилна форма, тъй като преохлаждането причинява образуването на голям брой центрове на кристализация. През втория период се образуват големи колоновидни кристали. Посоката на техните оси е нормална спрямо краищата на капката. През този период има висока скорост на растеж на кристалите и ограничен брой центрове на кристализация. През третия период се образуват дървовидни (дендритни) кристали. В този случай количеството вода в капката е незначително и нейното изпарение от средната част протича бързо.

Федерална държавна бюджетна образователна институция висше образование

„Волжски държавен университет воден транспорт»

КЛОН ПЕРМ

Е.А . Сазонова

МАТЕРИАЛОЗУКА

СБОРНИК ОТ ПРАКТИЧЕСКИ И ЛАБОРАТОРНИ РАБОТИ

26.02.06 "Експлоатация на корабно електрообзавеждане и автоматика"

23.02.01 "Организация на транспорта и управление на транспорта" (по вид)

ПЕРМСКА

2016

Въведение

Насокиза изпълнение на лабораторни и практически упражнения по учебната дисциплина "Материалознание" са предназначени за ученици от средното професионално образование по специалност 26.02.06 "Експлоатация на корабно електрообзавеждане и автоматика"

Настоящото ръководство дава указания за изпълнение на практическите и лабораторните работи по темите на дисциплината, посочва темите и съдържанието на лабораторните и практическите работи, формите за контрол по всяка тема и препоръчителната литература.

В резултат на усвояването на тази академична дисциплина студентът трябва да може:

˗ извършване на механични изпитвания на материални проби;

˗ използват физични и химични методи за изследване на метали;

˗ използвайте справочни таблици за определяне на свойствата на материалите;

˗ избират материали за изпълнение на професионални дейности.

В резултат на усвояването на тази академична дисциплина студентът трябва да знае:

˗ основни свойства и класификация на материалите, използвани в професионалните дейности;

˗ наименование, маркировка, свойства на обработвания материал;

˗ правила за използване на смазочни и охлаждащи течности;

˗ основна информация за металите и сплавите;

˗ основна информация за неметални, уплътнение,

Уплътнителни и електротехнически материали, стомана, тяхната класификация.

Лабораторната и практическа работа ще позволи да се формират практически умения за работа, професионални компетенции. Те са включени в структурата на изучаване на учебната дисциплина „Материалознание“, след изучаване на темата: 1.1. "Основни сведения за металите и сплавите", 1.2 "Желязо-въглеродни сплави", 1.3 "Цветни метали и сплави".

Лабораторните и практическите упражнения са част от учебната дисциплина и се оценяват по следните критерии:

Оценка "5" се поставя на ученик, ако:

˗ предметът на работата отговаря на зададения, ученикът показва системни и пълни знания и умения по този въпрос;

˗ работата е оформена в съответствие с препоръките на учителя;

˗ количеството работа отговаря на даденото;

˗ работата е свършена точно в определеното от учителя време.

Оценка "4" се поставя на ученик, ако:

˗ темата на работата съответства на дадената, ученикът допуска малки неточности или някои грешки по този въпрос;

˗ работата е рамкирана с неточности в дизайна;

˗ количеството работа съответства на определеното или малко по-малко;

˗ работата е предадена в определения от преподавателя срок или по-късно, но не повече от 1-2 дни.

Оценка "3" се поставя на ученик, ако:

˗ темата на работата съответства на дадената, но в работата липсват съществени елементи от гледна точка на съдържанието на работата или темата е представена нелогично, основното съдържание на проблема не е ясно представено;

˗ произведението е рамкирано с грешки в дизайна;

˗ обемът на работата е значително по-малък от определения;

˗ работата е предадена със закъснение от 5-6 дни.

Оценка "2" се поставя на ученик, ако:

˗ основната тема на произведението не е разкрита;

˗ работата не е оформена в съответствие с изискванията на учителя;

˗ обемът на работата не отговаря на зададения;

˗ работата е изпратена със закъснение с повече от 7 дни.

Лабораторната и практическата работа по своето съдържание имат определена структура, предлагаме да я разгледаме: напредъкът на работата е даден в началото на всяка практическа и лабораторна работа; при извършване на практическа работа учениците изпълняват задачата, посочена в края на работата (точка „Задача за ученици“); при извършване на лабораторна работа се съставя отчет за нейното изпълнение, съдържанието на доклада се посочва в края на лабораторната работа (параграф „Съдържание на доклада“).

При извършване на лабораторна и практическа работа студентите спазват определени правила, разгледайте ги по-долу: лабораторната и практическата работа се извършват по време на учебните сесии; допуска се окончателно записване на лабораторни и практически работи вкъщи; позволено е използването на допълнителна литература при извършване на лабораторни и практически работи; преди извършване на лабораторна и практическа работа е необходимо да се проучат основните теоретични положения по разглеждания въпрос.

Практическа работа №1

"Физични свойства на металите и методи за тяхното изследване"

Цел на работата : изучаване на физичните свойства на металите, методи за тяхното определяне.

Напредък:

Теоретична част

Физичните свойства включват: плътност, точка на топене (точка на топене), топлопроводимост, топлинно разширение.

Плътност - количеството вещество, съдържащо се в единица обем. Това е една от най-важните характеристики на металите и сплавите. По плътност металите се разделят на следните групи:бели дробове (плътност не повече от 5 g/cm 3 ) - магнезий, алуминий, титан и др.;тежък - (плътност от 5 до 10 g/cm 3 ) - желязо, никел, мед, цинк, калай и др. (това е най-обширната група);много тежко (плътност над 10 g/cm 3 ) - молибден, волфрам, злато, олово и др. Таблица 1 показва стойностите на плътността на металите.

маса 1

Плътност на металите

Точката на топене е температурата, при която металът преминава от кристално (твърдо) състояние в течно състояние с абсорбиране на топлина.

Точките на топене на металите варират от −39°C (живак) до 3410°C (волфрам). Точката на топене на повечето метали (с изключение на основите) е висока, но някои "нормални" метали, като калай и олово, могат да бъдат разтопени на обикновена електрическа или газова печка.

В зависимост от температурата на топене металът се разделя на следните групи:стопим (точката на топене не надвишава 600 о В) - цинк, калай, олово, бисмут и др.;средно топене (от 600 о От до 1600 г о В) - те включват почти половината от металите, включително магнезий, алуминий, желязо, никел, мед, злато;огнеупорен (повече от 1600 о В) - волфрам, молибден, титан, хром и др. Когато в метала се въвеждат добавки, точката на топене, като правило, намалява.

таблица 2

Точки на топене и кипене на метали

Топлинната проводимост е способността на метала да провежда топлина с определена скорост при нагряване.

Електропроводимост - способността на метала да провежда електрически ток.

Термично разширение - способността на метала да увеличава обема си при нагряване.

Гладката повърхност на металите отразява голям процент светлина - това явление се нарича метален блясък. В прахообразно състояние обаче повечето метали губят блясъка си; алуминият и магнезият обаче запазват блясъка си на прах. Алуминият, среброто и паладият отразяват светлината най-добре - от тези метали се правят огледала. Родият понякога се използва и за направата на огледала, въпреки изключително високата си цена: поради много по-голямата си твърдост и химическа устойчивост от среброто или дори от паладия, родиевият слой може да бъде много по-тънък от среброто.

Методи на изследване в материалознанието

Основните методи за изследване в металознанието и материалознанието са: разрушаване, макроструктура, микроструктура, електронна микроскопия, рентгенови методи за изследване. Разгледайте техните характеристики по-подробно.

1. Счупването е най-лесният и достъпен начин за оценка на вътрешната структура на металите. Методът за оценка на счупването, въпреки очевидната си грубост при оценката на качеството на материала, се използва доста широко в различни индустрии и индустрии. научно изследване. Оценката на счупването в много случаи може да характеризира качеството на материала.

Счупването може да бъде кристално или аморфно. Аморфното счупване е характерно за материали, които нямат кристална структура, като стъкло, колофон, стъкловидни шлаки.

Метални сплави, включително стомана, чугун, алуминий, магнезиеви сплави, цинк и неговите сплави дават гранулирана, кристална фрактура.

Всяка повърхност на кристална фрактура е равнина на срязване на отделно зърно. Следователно счупването ни показва размера на зърното на метала. Изучавайки счупването на стоманата, може да се види, че размерът на зърното може да варира в много широк диапазон: от няколко сантиметра в лята, бавно охладена стомана до хилядни от милиметъра в правилно изкована и закалена стомана. В зависимост от едрината на зърната фрактурата бива едрозърнеста и дребнозърнеста. Обикновено финозърнестият счупване съответства на по-висококачествена метална сплав.

Ако разрушаването на тестовата проба продължи с предишната пластична деформация, зърната в равнината на счупване се деформират и счупването вече не отразява вътрешната кристална структура на метала; в този случай фрактурата се нарича фиброзна. Често в една проба, в зависимост от нивото на нейната пластичност, може да има фиброзни и кристални зони във фрактурата. Често качеството на метала се оценява чрез съотношението на площта на счупване, заета от кристалните зони при дадени условия на изпитване.

Крехко кристално счупване може да бъде резултат от счупване по границите на зърната или по равнините на приплъзване, пресичащи зърната. В първия случай фрактурата се нарича междузърнеста, във втория - транскристална. Понякога, особено при много фини зърна, е трудно да се определи естеството на счупването. В този случай фрактурата се изследва с помощта на лупа или бинокулярен микроскоп.

Напоследък клонът на науката за металите се развива за фрактографско изследване на счупвания на металографски и електронни микроскопи. В същото време те откриват нови предимства на стария метод на изследване в науката за металите - изследвания на счупване, прилагайки концепциите за фрактални измерения към такива изследвания.

2. Макроструктура – ​​е следващият метод за изследване на металите. Макроструктурното изследване се състои в изследване на равнината на сечение на продукт или проба в надлъжна, напречна или друга посока след ецване, без използване на лупи или с лупа. Предимството на макроструктурните изследвания е фактът, че с помощта на този метод е възможно директно да се изследва структурата на цяла отливка или слитък, коване, щамповане и др. Използвайки този метод на изследване, можете да откриете вътрешни дефекти на метала: мехурчета, кухини, пукнатини, шлакови включвания, да изследвате кристалната структура на отливката, да изследвате нехомогенността на кристализацията на слитъка и неговата химическа нехомогенност (сегрегация).

С помощта на серни отпечатъци от макроразрези върху фотографска хартия според Бауман се определя неравномерното разпределение на сярата по напречното сечение на блоковете. Голямо значениетози метод на изследване има при изследване на ковани или щамповани заготовки за определяне на правилната посока на влакната в метала.

3. Микроструктура – ​​един от основните методи в металознанието е изследването на микроструктурата на метала на металографски и електронен микроскоп.

Този метод дава възможност да се изследва микроструктурата на метални предмети с големи увеличения: от 50 до 2000 пъти на оптичен металографски микроскоп и от 2 до 200 хиляди пъти на електронен микроскоп. Изследването на микроструктурата се извършва върху полирани срезове. На негравирани секции се изследва наличието на неметални включвания, като оксиди, сулфиди, малки включвания на шлака и други включвания, които се различават рязко от естеството на основния метал.

Микроструктурата на металите и сплавите се изследва върху гравирани шлифове. Обикновено се извършва ецване слаби киселини, основи или други разтвори, в зависимост от естеството на металния участък. Ефектът от ецването е, че той разтваря различни структурни компоненти по различни начини, оцветявайки ги в различни тонове или цветове. Границите на зърната, които се различават от основния разтвор, обикновено имат ецване, което се различава от основния разтвор и се разграничава върху тънък участък под формата на тъмни или светли линии.

Зърнестите полиедри, видими под микроскоп, са участъци от зърната по повърхността на тънкия участък. Тъй като това напречно сечение е произволно и може да преминава на различни разстояния от центъра на всяко отделно зърно, разликата в размерите на полиедрите не съответства на действителните разлики в размерите на зърната. Най-близката стойност до действителния размер на зърното са най-големите зърна.

При ецване на проба, състояща се от хомогенни кристални зърна, например чист метал, хомогенен твърд разтвор и т.н., ецваните повърхности на различни зърна често се наблюдават по различен начин.

Това явление се обяснява с факта, че на повърхността на микрошлифа излизат зърна с различна кристалографска ориентация, в резултат на което степента на действие на киселината върху тези зърна е различна. Някои зърна изглеждат блестящи, други са силно гравирани и потъмняват. Това потъмняване е свързано с образуването на различни ецващи шарки, които отразяват светлинните лъчи по различни начини. При сплавите отделните структурни компоненти образуват микрорелеф върху повърхността на сечението, който има зони с различни наклони на отделните повърхности.

Нормално разположените области отразяват най-голямо количество светлина и са най-ярки. Други области са по-тъмни. Често контрастът в изображението на гранулирана структура се свързва не с повърхностната структура на зърната, а с релефа на границите на зърната. В допълнение, различните нюанси на структурните съставки могат да бъдат резултат от образуването на филми, образувани от взаимодействието на ецващия агент със структурните съставки.

С помощта на металографски изследвания е възможно да се извърши качествена идентификация на структурните компоненти на сплавите и количествено изследване на микроструктурите на метали и сплави, първо, чрез сравнение с известните изследвани микрокомпоненти на структури и, второ, чрез специални методи на количествена металография.

Определя се размерът на зърното. Методът за визуална оценка, който се състои в това, че разглежданата микроструктура се оценява приблизително по точки на стандартни скали съгласно GOST 5639-68, GOST 5640-68. Съгласно съответните таблици за всяка точка се определя площта на едно зърно и броя на зърната на 1 mm. 2 и през 1 мм 3 .

Методът за преброяване на броя на зърната на единица повърхност на сечението съгласно съответните формули. Ако S е площта, върху която се преброява броят на зърната n, а M е увеличението на микроскопа, тогава средна стойностзърна в напречното сечение на повърхността на микросреза

Определяне на фазовия състав. Фазовият състав на сплавта често се оценява на око или чрез сравняване на структурата със стандартни скали.

Приблизителен метод за количествено определяне на фазовия състав може да се извърши чрез метода на секущата с изчисляване на дължината на сегментите, заети от различни структурни компоненти. Съотношението на тези сегменти съответства на обемното съдържание на отделните компоненти.

Точков метод A.A. Глаголев. Този метод се осъществява чрез оценка на броя на точките (точките на пресичане на решетката на окуляра на микроскопа), попадащи върху повърхността на всеки структурен компонент. В допълнение, методът на количествената металография произвежда: определяне на размера на интерфейса между фазите и зърната; определяне на броя на частиците в обема; определяне на ориентацията на зърната в поликристални проби.

4. Електронна микроскопия. Електронният микроскоп наскоро намери голямо значение в металографските изследвания. Несъмнено той има голямо бъдеще. Ако разделителната способност на оптичен микроскоп достига 0,00015 mm = 1500 A, тогава резолюцията на електронните микроскопи достига 5-10 A, т.е. няколкостотин пъти повече от оптичния.

Електронният микроскоп се използва за изследване на тънки филми (реплики), взети от повърхността на тънка секция, или директно изследване на тънки метални филми, получени чрез изтъняване на масивна проба.

Най-голямата необходимост от използването на електронна микроскопия е изследването на процесите, свързани с освобождаването на излишни фази, например разлагането на пренаситени твърди разтвори по време на термично или деформационно стареене.

5. Методи за рентгеново изследване. Един от най-важните методи за установяване на кристалографската структура на различни метали и сплави е рентгеновият дифракционен анализ. Този метод на изследване дава възможност да се определи природата относителна позицияатоми в кристални тела, т.е. решаване на проблем, който не е достъпен нито за конвенционален, нито за електронен микроскоп.

Рентгеновият дифракционен анализ се основава на взаимодействието между рентгеновите лъчи и атомите на изследваното тяло, поради което последните се превръщат в нови източници на рентгенови лъчи, като центрове на тяхното разсейване.

Разсейването на лъчите от атомите може да се оприличи на отразяването на тези лъчи от атомните равнини на кристала според законите на геометричната оптика.

Рентгеновите лъчи се отразяват не само от равнини, лежащи на повърхността, но и от дълбоки. Отразен от няколко еднакво ориентирани равнини, отразеният лъч се усилва. Всяка равнина на кристалната решетка дава свой собствен лъч от отразени вълни. След като се получи определено редуване на отразени рентгенови лъчи под определени ъгли, се изчислява междуплоскостното разстояние, кристалографските индекси на отразяващите равнини и в крайна сметка формата и размерът на кристалната решетка.

Практическа част

Докладвайте съдържанието.

1. В доклада трябва да посочите името, целта на работата.

2. Избройте основните физични свойства на металите (с определения).

3. Запишете таблици 1-2 в тетрадката си. Направете изводи от таблиците.

4. Попълнете таблицата: "Основни методи на изследване в материалознанието."

Рентгенов

изследователски методи

Практическа работа №2

Тема: "Изучаване на диаграми на състоянието"

Цел на работата: запознаване на учениците с основните видове диаграми на състоянието, техните основни линии, точки, тяхното значение.

Напредък:

1. Изучете теоретичната част.

Теоретична част

Диаграмата на състоянието е графично представяне на състоянието на всяка сплав на изследваната система в зависимост от концентрацията и температурата (виж Фиг. 1)

Фиг.1 Диаграма на състоянието

Диаграмите на състоянието показват устойчиви състояния, т.е. заявява, че при дадени условия има минимум свободна енергия и затова се нарича още диаграма на равновесие, тъй като показва кои фази на равновесие съществуват при дадени условия.

Изграждането на диаграми на състоянието най-често се извършва с помощта на термичен анализ. Резултатът е поредица от криви на охлаждане, в които се наблюдават инфлексни точки и температурни спирания при температури на фазова трансформация.

Температурите, съответстващи на фазовите трансформации, се наричат ​​критични точки. Някои критични точки имат имена, например точките, съответстващи на началото на кристализацията, се наричат ​​точки на ликвидус, а краят на кристализацията се наричат ​​точки на солидус.

По кривите на охлаждане се изгражда диаграма на състава в координати: по абсцисната ос - концентрацията на компонентите, по ординатната ос - температура. Концентрационната скала показва съдържанието на компонент В. Основните линии са линиите на ликвидус (1) и солидус (2), както и линиите, съответстващи на фазовите преобразувания в твърдо състояние (3, 4).

От диаграмата на състоянието могат да се определят температурите на фазовата трансформация, промяната във фазовия състав, приблизително, свойствата на сплавта, видовете обработка, които могат да бъдат приложени към сплавта.

По-долу са различните типове диаграми на състоянието:

Фиг.2. Диаграма на състоянието на сплави с неограничена разтворимост

компоненти в твърдо състояние (а); типични криви на охлаждане

сплави (б)

Анализ на получената диаграма (фиг. 2).

1. Брой компоненти: K = 2 (компоненти A и B).

2. Брой фази: f = 2 (течна фаза L, кристали от твърд разтвор)

3. Основни линии на графиката:

acb е линията на ликвидус, над тази линия сплавите са в течно състояние;

adb е линията на солидус, под тази линия сплавите са в твърдо състояние.

Фиг.3. Диаграма на състоянието на сплави с липса на разтворимост на компоненти в твърдо състояние (а) и криви на охлаждане на сплави (б)

Анализ на диаграмата на състоянието (фиг. 3).

1. Брой компоненти: К = 2(компоненти А и Б);

2. Брой фази: f = 3(кристали на компонент А, кристали на компонент В, течна фаза).

3. Основни линии на графиката:

солидус линията ecf, успоредна на концентрационната ос, се стреми към осите на компонентите, но не ги достига;

Ориз. Фиг. 4. Диаграма на състоянието на сплави с ограничена разтворимост на компоненти в твърдо състояние (а) и криви на охлаждане на типични сплави (б)

Анализ на диаграмата на състоянието (фиг. 4).

1. Брой компоненти: K = 2 (компоненти A и B);

2. Брой фази: f = 3 (течна фаза и кристали от твърди разтвори (разтвор на компонент Б в компонент А) и (разтвор на компонент А в компонент Б));

3. Основни линии на графиката:

линията на ликвидус acb се състои от два клона, събиращи се в една точка;

линия solidus adcfb, състои се от три секции;

dm е линията на пределната концентрация на компонент В в компонент А;

fn - линията на максималната концентрация на компонент А в компонент Б.

Практическа част

Задача за учениците:

1. Запишете заглавието на творбата и нейната цел.

2. Запишете какво е диаграма на състоянието.

Отговори на въпросите:

1. Как се изгражда диаграма на състоянието?

2. Какво може да се определи от диаграмата на състоянието?

3. Как се наричат ​​основните точки на диаграмата?

4. Какво е отбелязано на диаграмата по оста x? Оси на ординати?

5. Как се наричат ​​основните линии на диаграмата?

Задаване по опции:

Учениците отговарят на едни и същи въпроси, различни са картините, на които трябва да се отговори. Вариант 1 дава отговори според фигура 2, вариант 2 дава отговори според фигура 3, вариант 3 дава отговори според фигура 4. Фигурата трябва да бъде фиксирана в тетрадка.

1. Какво е името на диаграмата?

2. Назовете колко компонента участват в образуването на сплав?

3. Какви букви означават основните линии на диаграмата?

Практическа работа №3

Тема: "Изследването на чугуните"

Цел на работата: запознаване на учениците с маркировката и обхвата на чугуна; формиране на способността за дешифриране на класове чугун.

Напредък:

Теоретична част

Чугунът се различава от стоманата: по състав - по-високо съдържание на въглерод и примеси; по отношение на технологичните свойства - по-високи леярски свойства, ниска способност за пластична деформация, почти никога не се използва в заварени конструкции.

В зависимост от състоянието на въглерода в чугуна, те разграничават: бял чугун - въглерод в свързано състояние под формата на цементит, в счупване има бял цвяти метален блясък; сив чугун - целият или по-голямата част от въглерода е в свободно състояние под формата на графит и не повече от 0,8% въглерод е в свързано състояние. Защото Голям бройграфит, счупването му е сиво; половината - част от въглерода е в свободно състояние под формата на графит, но най-малко 2% от въглерода е под формата на цементит. Малко използван в техниката.

В зависимост от формата на графита и условията на неговото образуване се разграничават следните групи чугуни: сиви - с пластинчат графит; високоякостни - с нодуларен графит; ковък - с люспест графит.

Графитните включвания могат да се разглеждат като съответстваща форма на кухини в структурата на чугуна. В близост до такива дефекти по време на натоварване се концентрират напрежения, чиято стойност е толкова по-голяма, колкото по-остър е дефектът. От това следва, че ламеларните графитни включвания отслабват метала в максимална степен. Люспестата форма е по-благоприятна, а сферичната форма на графита е оптимална. Пластичността зависи от формата по същия начин. Наличието на графит най-рязко намалява устойчивостта при тежки методи на натоварване: удар; празнина. Съпротивлението на компресия е малко намалено.

Сиви чугуни

Сивият чугун намира широко приложение в машиностроенето, тъй като е лесен за обработка и има добри свойства. В зависимост от якостта сивият чугун е разделен на 10 класа (GOST 1412).

Сивите чугуни с ниска якост на опън имат доста висока якост на натиск. Структурата на металната основа зависи от количеството въглерод и силиций.

Като се има предвид ниската устойчивост на отливките от сив чугун на опън и ударни натоварвания, този материал трябва да се използва за части, които са подложени на натиск или огъване. В машиностроителната промишленост това са основни, корпусни части, скоби, зъбни колела, водачи; в автомобилната индустрия - цилиндрови блокове, бутални пръстени, разпределителни валове, дискове на съединителя. Отливките от сив чугун се използват и в електротехниката, за производството на потребителски стоки.

Маркировка на сиви чугуни: обозначава се с индекс SC (сив чугун) и число, което показва стойността на якостта на опън, умножена по 10 -1 .

Например: SCH 10 - сив чугун, якост на опън 100 MPa.

ковък чугун

Добри леярски свойства са осигурени, ако не настъпи графитизация по време на кристализацията и охлаждането на отливките във формата. За да се предотврати графитизацията, чугуните трябва да имат намалено съдържание на въглерод и силиций.

Има 7 степени на сферографитен чугун: три с феритна (KCh 30 - 6) и четири с перлитна (KCh 65 - 3) основа (GOST 1215).

По механични и технологични свойства ковкият чугун заема междинно положение между сивия чугун и стоманата. Недостатъкът на сферографитен чугун в сравнение с сферографитен чугун е ограничението на дебелината на стената за отливане и необходимостта от отгряване.

Отливките от сферографитен чугун се използват за части, работещи при ударни и вибрационни натоварвания.

Феритните чугуни се използват за направата на корпуси на скоростни кутии, главини, куки, скоби, скоби, съединители, фланци.

Перлитните чугуни, характеризиращи се с висока якост и достатъчна пластичност, се използват за производство на вилки на карданни валове, връзки и ролки на транспортни вериги и спирачни челюсти.

Маркировка на ковък чугун: обозначен с индекс CCH (сферичен чугун) и цифри. Първото число съответства на якостта на опън, умножена по 10 -1 , второто число е относителното удължение.

Например: KCh 30-6 - ковък чугун, якост на опън 300 MPa, относително удължение 6%.

Ковък чугун

Тези чугуни се получават от сиви, в резултат на модификация с магнезий или церий. В сравнение със сивите чугуни, механичните свойства са подобрени, това се дължи на липсата на неравномерно разпределение на напрежението поради нодуларната форма на графита.

Тези чугуни имат висока течливост, линейното свиване е около 1%. Леярските напрежения в отливките са малко по-високи, отколкото при сивия чугун. Благодарение на високия модул на еластичност, обработваемостта е доста висока. Имат задоволителна заваряемост.

От чугун с висока якост се изработват тънкостенни отливки (бутални пръстени), ковашки чукове, легла и рамки на преси и валцови мелници, форми, държачи за инструменти и лицеви плочи.

Отливките на колянови валове с тегло до 2..3 тона, вместо ковани стоманени валове, имат по-висок цикличен вискозитет, не са чувствителни към външни концентратори на напрежение, имат по-добри антифрикционни свойства и са много по-евтини.

Маркировка за сферографитен чугун: обозначава се с HF индекс (сферичен чугун) и число, което показва стойността на якост на опън, умножена по 10 -1 .

Например: VCh 50 - чугун с висока якост с якост на опън 500 MPa.

Практическа част

Задача за учениците:

1. Запишете името на произведението, неговата цел.

2. Опишете производството на чугун.

3. Попълнете таблицата:

3. Висока якост

чугуни

Практическа работа №4

Тема: "Изследване на въглеродни и легирани конструкционни стомани"

Цел на работата:

Напредък:

1. Запознайте се с теоретичната част.

2. Изпълнете задачите от практическата част.

Теоретична част

Стоманата е сплав от желязо и въглерод, в която въглеродът се съдържа в количество от 0 -2,14%. Стоманите са най-разпространените материали. Имат добри технологични свойства. Продуктите се получават в резултат на обработка чрез натиск и рязане.

Качество в зависимост от съдържанието на вредни примеси: сяра и фосфор стомана се разделя на стомана:

˗ Обикновено качество, до 0,06% сяра и до 0,07% фосфор.

˗ Висококачествени - до 0,035% сяра и фосфор по отделно.

˗ Високо качество - до 0,025% сяра и фосфор.

˗ Изключително високо качество, до 0,025% фосфор и до 0,015% сяра.

Дезоксидацията е процесът на отстраняване на кислорода от стоманата, т.е. според степента на нейното дезоксидиране има: спокойни стомани, т.е. напълно дезоксидирани; такива стомани се обозначават с буквите "sp" в края на марката (понякога буквите се пропускат); кипяща стомана - леко деоксидирана; са обозначени с буквите "kp"; полуспокойни стомани, заемащи междинна позиция между двете предишни; обозначени с буквите "ps".

Стоманата с обикновено качество също се подразделя според доставките на 3 групи: стомана от група А се доставя на потребителите чрез механични свойства (такава стомана може да има високо съдържание на сяра или фосфор); стомана група В - по химичен състав; стомана група Б - с гарантирани механични свойства и химичен състав.

Конструкционните стомани са предназначени за производство на конструкции, машинни части и устройства.

Така в Русия и в страните от ОНД (Украйна, Казахстан, Беларус и др.) Беше приета буквено-цифрова система за обозначаване на марки стомани и сплави, разработена по-рано в СССР, където според GOST имената на елементите и методите за топене на стомана условно се обозначават с букви, а съдържанието се обозначава с цифри елементи. Досега международните организации за стандартизация не са разработили единна система за маркиране на стоманата.

Маркировка за структурна въглеродна стомана

обикновено качество

˗ Обозначава се съгласно GOST 380-94 с буквите "St" и условния номер на марката (от 0 до 6), в зависимост от химичен състави механични свойства.

˗ Колкото по-високо е съдържанието на въглерод и якостните свойства на стоманата, толкова по-висок е нейният брой.

˗ Буквата "G" след номера на марката показва повишено съдържание на манган в стоманата.

˗ Стоманената група се посочва преди марката, а групата "А" в обозначението на марката стомана не се поставя.

˗ За да се посочи категорията стомана, към обозначението на класа се добавя число в края на съответната категория, като първата категория обикновено не се посочва.

Например:

˗ St1kp2 - въглеродна стомана с обикновено качество, кипене, клас № 1, втора категория, доставяна на потребителите по отношение на механичните свойства (група А);

˗ VSt5G - въглеродна стомана с обикновено качество с високо съдържание на манган, спокойна, клас № 5, първа категория с гарантирани механични свойства и химичен състав (група B);

˗ VSt0 - въглеродна стомана с обикновено качество, клас номер 0, група B, първа категория (стомани от степени St0 и Bst0 не се разделят според степента на дезоксидация).

Маркировка на качествени конструкционни въглеродни стомани

˗ В съответствие с GOST 1050-88 тези стомани са маркирани с двуцифрени числа, показващи средното съдържание на въглерод в стотни от процента: 05; 08; 10; 25; 40, 45 и т.н.

˗ За спокойни стомани не се добавят букви в края на наименованията им.

Например 08kp, 10ps, 15, 18kp, 20 и т.н.

˗ Буквата G в марката стомана показва високо съдържание на манган.

Например: 14G, 18G и др.

˗ Най-често срещаната група за производство на машинни части (валове, оси, втулки, зъбни колела и др.)

Например:

˗ 10 - структурна въглеродна качествена стомана, със съдържание на въглерод около 0,1%, спокоен

˗ 45 - структурна въглеродна качествена стомана, със съдържание на въглерод около 0,45%, спокоен

˗ 18 kp - структурна въглеродна качествена стомана със съдържание на въглерод около 0,18%, кипяща

˗ 14G - висококачествена структурна въглеродна стомана със съдържание на въглерод около 0,14%, спокойна, с високо съдържание на манган.

Маркировка на легирани конструкционни стомани

˗ В съответствие с GOST 4543-71 наименованията на такива стомани се състоят от цифри и букви.

˗ Първите цифри на класа показват средното съдържание на въглерод в стоманата в стотни от процента.

˗ Буквите показват основните легиращи елементи, включени в стоманата.

˗ Числата след всяка буква показват приблизителното процентно съдържание на съответния елемент, закръглено до цяло число, със съдържание на легиращи елементи до 1,5%, числото след съответната буква не се посочва.

˗ Буквата А в края на класа показва, че стоманата е висококачествена (с намалено съдържание на сяра и фосфор)

˗ N - никел, X - хром, K - кобалт, M - молибден, V - волфрам, T - титан, D - мед, G - манган, S - силиций.

Например:

˗ 12X2H4A - конструкционна легирана стомана, висококачествена, със съдържание на въглерод около 0,12%, хром около 2%, никел около 4%

˗ 40KhN - структурна легирана стомана, със съдържание на въглерод около 0,4%, хром и никел до 1,5%

Маркировка на други групи конструкционни стомани

Ресорно-пружинни стомани.

основен отличителен белегтези стомани - съдържанието на въглерод в тях трябва да бъде около 0,8% (в този случай в стоманите се появяват еластични свойства)

˗ Пружините и пружините са изработени от въглеродни (65,70,75,80) и легирани (65S2, 50KhGS, 60S2KhFA, 55KhGR) конструкционни стомани

˗ Тези стомани са легирани с елементи, които повишават границата на еластичност - силиций, манган, хром, волфрам, ванадий, бор

Например: 60С2 - структурна въглеродна пружинна стомана със съдържание на въглерод около 0,65%, силиций около 2%.

Сачмени лагерни стомани

˗ GOST 801-78 е маркиран с буквите "ШХ", след което съдържанието на хром е посочено в десети от процента.

˗ За стомани, подложени на електрошлаково претопяване, в края на наименованията им чрез тире се добавя и буквата Ш.

Например: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

˗ Използват се за изработване на части за лагери, също така се използват за изработване на части, които работят при високи натоварвания.

Например: ШХ15 - структурна сачмена лагерна стомана със съдържание на въглерод 1%, хром 1,5%

Автоматични стомани

˗ ГОСТ 1414-75 започват с буквата А (автоматично).

˗ Ако стоманата е легирана с олово, тогава името й започва с буквите AC.

˗ За да се отрази съдържанието на други елементи в стоманите, се използват същите правила като за легираните структурни стомани. Например: A20, A40G, AS14, AS38HGM

Например: AC40 - автоматична структурна стомана, със съдържание на въглерод 0,4%, олово 0,15-0,3% (не е посочено в марката)

Практическа част

Задача за учениците:

2. Запишете основните характеристики на маркировката на всички групи конструкционни стомани (обикновено качество, качествени стомани, легирани конструкционни стомани, пружинни стомани, сачмени лагери, свободни стомани) с примери.

Задаване по опции:

Дешифрирайте марките стомана и запишете обхвата на определен клас (т.е. за какво е предназначен).

Практическа работа № 5

Тема: "Изследване на въглеродни и легирани инструментални стомани"

Цел на работата: запознаване на студентите с маркировката и обхвата на конструкционните стомани; формиране на способността за дешифриране на маркировката на конструкционни стомани.

Напредък:

1. Запознайте се с теоретичната част.

2. Изпълнете задачата от практическата част.

Теоретична част

Стоманата е сплав от желязо и въглерод, в която въглеродът се съдържа в количество от 0-2,14%.

Стоманите са най-разпространените материали. Имат добри технологични свойства. Продуктите се получават в резултат на обработка чрез натиск и рязане.

Предимството е възможността да се получи желания набор от свойства чрез промяна на състава и вида на обработката.

В зависимост от предназначението стоманите се делят на 3 групи: конструкционни, инструментални и специални.

Качество в зависимост от съдържанието на вредни примеси: сярна и фосфорна стомана се разделя на: стомана с обикновено качество, съдържание до 0,06% сяра и до 0,07% фосфор; качество - до 0,035 % сяра и фосфор по отделно; високо качество - до 0,025% сяра и фосфор; особено висококачествени, до 0,025% фосфор и до 0,015% сяра.

Инструменталните стомани са предназначени за производство на различни инструменти, както за ръчна обработка, така и за механична обработка.

Наличието на широка гама произведени стомани и сплави, произвеждани в различни страни, наложи тяхното идентифициране, но до момента няма единна система за маркиране на стомани и сплави, което създава известни затруднения при търговията с метали.

Маркировка на въглеродни инструментални стомани

˗ Тези стомани в съответствие с GOST 1435-90 са разделени на висококачествени и висококачествени.

˗ Висококачествените стомани се обозначават с буквата U (въглерод) и число, показващо средното съдържание на въглерод в стоманата, в десети от процента.

Например: U7, U8, U9, U10. U7 - въглеродна инструментална стомана със съдържание на въглерод около 0,7%

˗ Буквата A се добавя към обозначенията на висококачествени стомани (U8A, U12A и др.). Освен това в обозначенията както на висококачествени, така и на висококачествени въглеродни инструментални стомани може да присъства буквата G, което показва повишено съдържание на манган в стоманата.

Например: U8G, U8GA. U8A - въглеродна инструментална стомана със съдържание на въглерод около 0,8%, високо качество.

˗ Изработват инструменти за ръчна работа (длето, перфоратор, писец и др.), механична работа при ниски обороти (бормашини).

Маркировка на легирани инструментални стомани

˗ Правилата за обозначаване на легирани инструментални стомани съгласно GOST 5950-73 са основно същите като за конструкционните легирани стомани.

Разликата е само в числата, показващи масовата част на въглерода в стоманата.

˗ Процентното съдържание на въглерод също се посочва в началото на името на стоманата, в десети от процента, а не в стотни, както е при конструкционните легирани стомани.

˗ Ако съдържанието на въглерод в инструменталната легирана стомана е около 1,0%, тогава съответната цифра в началото на нейното име обикновено не се посочва.

Ето примери: стомана 4Kh2V5MF, KhVG, KhVCh.

˗ 9Kh5VF - легирана инструментална стомана, със съдържание на въглерод около 0,9%, хром около 5%, ванадий и волфрам до 1%

Маркировка на високолегирани (високоскоростни)

инструментални стомани

˗ Означена с буквата "P", цифрата след нея показва процентното съдържание на волфрам в него: За разлика от легираните стомани, процентното съдържание на хром не е посочено в наименованията на бързорежещите стомани, т.к. той е около 4% във всички стомани и въглерод (той е пропорционален на съдържанието на ванадий).

˗ Буквата F, обозначаваща наличието на ванадий, се посочва само ако съдържанието на ванадий е повече от 2,5%.

Например: R6M5, R18, R6 M5F3.

˗ Обикновено тези стомани се използват за направата на високопроизводителни инструменти: свредла, фрези и др. (за да се намали цената само на работната част)

Например: R6M5K2 - бързорежеща стомана, със съдържание на въглерод около 1%, около 6% волфрам, около 4% хром, до 2,5% ванадий, около 5% молибден, около 2% кобалт.

Практическа част

Задача за учениците:

1. Запишете името на произведението, неговата цел.

2. Запишете основните принципи за маркиране на всички групи инструментални стомани (въглеродни, легирани, високолегирани)

Задаване по опции:

1. Дешифрирайте марките стомана и запишете обхвата на определен клас (т.е. за какво е предназначен).

Практическа работа №6

Тема: "Изследване на сплави на основата на мед: месинг, бронз"

Цел на работата: запознаване на учениците с маркировката и обхвата на цветни метали - мед и сплави на нейна основа: месинг и бронз; формиране на способността за дешифриране на маркировките от месинг и бронз.

Препоръки към студентите:

Напредък:

1. Запознайте се с теоретичната част.

2. Изпълнете задачата от практическата част.

Теоретична част

Месинг

Месингът може да съдържа до 45% цинк. Увеличаването на съдържанието на цинк до 45% води до увеличаване на якостта на опън до 450 MPa. Максималната пластичност се постига при съдържание на цинк около 37%.

Според метода на производство на продукти се разграничават кован месинг и леярски месинг.

Кованият месинг се маркира с буквата L, последвана от число, показващо процентното съдържание на мед, например месингът L62 съдържа 62% мед и 38% цинк. Ако в допълнение към медта и цинка има други елементи, тогава се поставят началните им букви (O - калай, C - олово, F - желязо, F - фосфор, Mts - манган, A - алуминий, C - цинк).

Броят на тези елементи се обозначава със съответните числа след числото, показващо съдържанието на мед, например сплавта LAZH60-1-1 съдържа 60% мед, 1% алуминий, 1% желязо и 38% цинк.

Месингът има добра устойчивост на корозия, която може да бъде допълнително подобрена чрез добавяне на калай. Месингът LO70 -1 е устойчив на корозия в морска вода и се нарича „морски месинг“. Добавянето на никел и желязо повишава механичната якост до 550 MPa.

Отлятият месинг също се маркира с буквата L. След буквеното обозначение на основния легиращ елемент (цинк) и всеки следващ се поставя число, показващо средното му съдържание в сплавта. Например месингът LTS23A6Zh3Mts2 съдържа 23% цинк, 6% алуминий, 3% желязо, 2% манган. Най-добра течливост има месинг марка LTS16K4. Леярските месинги включват месинги от типа LS, LK, LA, LAZh, LAZhMts. Леярските месинги не са склонни към сегрегация, имат концентрирано свиване, отливките се получават с висока плътност.

Месинговите са добър материалза конструкции, работещи при ниски температури.

Бронзови медали

Сплави на мед с елементи, различни от цинк, се наричат ​​бронз. Бронзовете се делят на деформируеми и лети.

При маркиране на кован бронз буквите Br се поставят на първо място, след това буквите, показващи кои елементи, с изключение на медта, са част от сплавта. Буквите са последвани от цифри, показващи съдържанието на компонентите в сплавта. Например марката BrOF10-1 означава, че бронзът съдържа 10% калай, 1% фосфор, а останалото е мед.

Маркирането на леярски бронз също започва с буквите Br, след това се посочват буквите на легиращите елементи и се поставя номер, показващ средното му съдържание в сплавта. Например, бронзът BrO3Ts12S5 съдържа 3% калай, 12% цинк, 5% олово, останалото е мед.

Калаени бронзове Когато медта се слее с калай, се образуват твърди разтвори. Тези сплави са много склонни към сегрегация поради големия температурен диапазон на кристализация. Поради сегрегацията, сплавите със съдържание на калай над 5% са благоприятни за части като плъзгащи лагери: меката фаза осигурява добро сработване, твърдите частици създават устойчивост на износване. Следователно калаените бронзове са добри антифрикционни материали.

Калаените бронзи имат ниско обемно свиване (около 0,8%), поради което се използват в художественото леене. Наличието на фосфор осигурява добра течливост. Калайеният бронз се разделя на кован и лят бронз.

В деформируемите бронзи съдържанието на калай не трябва да надвишава 6%, за да се осигури необходимата пластичност, BrOF6.5-0.15. В зависимост от състава кованите бронзове се характеризират с високи механични, антикорозионни, антифрикционни и еластични свойства и намират приложение в различни индустрии. От тези сплави се правят пръти, тръби, лента, тел.

Практическа част

Задача за учениците:

1. Запишете заглавието и целта на работата.

2. Попълнете таблицата:

Име

сплав, негов

определение

Основен

Имоти

сплав

Пример

маркировки

Декриптиране

печати

Регион

приложения

Практическа работа номер 7

Тема: "Изследване на алуминиеви сплави"

Цел на работата: запознаване на учениците с маркировката и обхвата на цветните метали - алуминий и сплави на негова основа; изследване на характеристиките на използването на алуминиеви сплави в зависимост от техния състав.

Препоръки към студентите: Преди да пристъпите към практическата част на задачата, прочетете внимателно теоретичните положения, както и лекциите във вашия работна книгапо тази тема.

Напредък:

1. Запознайте се с теоретичната част.

2. Изпълнете задачата от практическата част.

Теоретична част

Принципът на маркиране на алуминиеви сплави. В началото се посочва видът на сплавта: D - сплави от типа дуралуминий; А - технически алуминий; АК - ковки алуминиеви сплави; B - сплави с висока якост; AL - леярски сплави.

След това се посочва условният номер на сплавта. Условното число е последвано от обозначение, характеризиращо състоянието на сплавта: M - мека (отгрята); T - термично обработен (втвърдяване плюс стареене); H - студено обработени; P - полузакален.

Според технологичните свойства сплавите се разделят на три групи: деформирани сплави, незакалени чрез термична обработка; ковани сплави, закалени чрез термична обработка; леярски сплави. Спечените алуминиеви сплави (SAS) и спечените алуминиеви сплави на прах (SAP) се произвеждат чрез методи на праховата металургия.

Деформирани лети сплави, незакалени чрез топлинна обработка.

Якостта на алуминия може да се увеличи чрез легиране. В сплави, които не са закалени чрез термична обработка, се въвежда манган или магнезий. Атомите на тези елементи значително увеличават силата му, намалявайки пластичността. Сплавите се обозначават: с манган - AMts, с магнезий - AMg; след обозначението на елемента се посочва неговото съдържание (AMg3).

Магнезият действа само като втвърдител, манганът укрепва и повишава устойчивостта на корозия. Якостта на сплавите се увеличава само в резултат на деформация в студено състояние. Колкото по-голяма е степента на деформация, толкова по-голямо е увеличението на якостта и намаляването на пластичността. В зависимост от степента на закаляване се разграничават усилено и полузакалени сплави (AMg3P).

Тези сплави се използват за производството на различни заварени резервоари за гориво, азотна и други киселини, ниско и средно натоварени конструкции. Деформируеми сплави, закалени чрез термична обработка.

Такива сплави включват дуралумини (сложни сплави от системи алуминий - мед - магнезий или алуминий - мед - магнезий - цинк). Те имат намалена устойчивост на корозия, за увеличаване на която се въвежда манган. Дуралуминиите обикновено се закаляват при температура 500 О C и естествено стареене, което се предшества от два до три часа инкубационен период. Максималната сила се достига след 4,5 дни. Дуралуминиите се използват широко в самолетостроенето, автомобилостроенето и строителството.

Високоякостните сплави за стареене са сплави, които съдържат цинк в допълнение към мед и магнезий. Сплавите V95, V96 имат якост на опън около 650 MPa. Основният потребител е авиационната индустрия (кожа, стрингери, лонжерони).

Коване на алуминиеви сплави AK, AK8 се използват за производството на изковки. Изковките се произвеждат при температура 380-450 О С, подложени на втвърдяване от температура 500-560 О C и отлежаване при 150-165 О C в рамките на 6 часа.

В състава на алуминиевите сплави допълнително се въвеждат никел, желязо, титан, които повишават температурата на рекристализация и топлоустойчивостта до 300 О СЪС.

Произвеждат се бутала, лопатки и дискове на аксиални компресори, турбореактивни двигатели.

Лети сплави

Лятите сплави включват сплави от алуминиево-силициевата система (силумини), съдържащи 10-13% силиций. Добавката към магнезиеви и медни силумини допринася за ефекта на втвърдяване на лети сплави по време на стареене. Титан и цирконий смила зърното. Манганът подобрява антикорозионните свойства. Никелът и желязото повишават устойчивостта на топлина.

Летите сплави се маркират от AL2 до AL20. Силумините се използват широко за производството на отливки за устройства и други средно и леко натоварени части, включително тънкостенни отливки със сложна форма.

Практическа част

Задача за учениците:

1. Запишете заглавието и целта на работата.

2. Попълнете таблицата:

Име

сплав, негов

определение

Основен

Имоти

сплав

Пример

маркировки

Декриптиране

печати

Регион

приложения

Лаборатория №1

Тема: "Механични свойства на металите и методи за тяхното изследване (твърдост)"

Цел на работата:

Напредък:

1. Запознайте се с теоретичните положения.

2. Изпълнете задачата на учителя.

3. Направете доклад в съответствие със задачата.

Теоретична част

Твърдостта е способността на материала да устои на проникването на друго тяло в него. При изпитване на твърдост тялото, въведено в материала и наречено индентор, трябва да е по-твърдо, да има определен размер и форма и да не получава трайна деформация. Тестовете за твърдост могат да бъдат статични или динамични. Първият тип включва тестове по метода на вдлъбнатина, вторият - по метода на ударна вдлъбнатина. Освен това има метод за определяне на твърдостта чрез надраскване - склерометрия.

По стойността на твърдостта на метала можете да получите представа за нивото на неговите свойства. Например, колкото по-висока е твърдостта, определена от натиска на върха, толкова по-ниска е пластичността на метала и обратно.

Изпитването на твърдост чрез метода на вдлъбнатина се състои в това, че индентор (диамант, закалена стомана, твърда сплав) под формата на топка, конус или пирамида се притиска в пробата под действието на натоварване. След отстраняване на товара върху пробата остава отпечатък, чрез измерване на стойността на който (диаметър, дълбочина или диагонал) и сравняването му с размерите на индентора и товара, може да се прецени твърдостта на метала.

Твърдостта се определя на специални уреди - твърдомери. Най-често твърдостта се определя по методите на Бринел (GOST 9012-59) и Rockwell (GOST 9013-59).

Съществуват общи изисквания за подготовка на пробите и тестване по тези методи:

1. Повърхността на пробата трябва да бъде чиста, без дефекти.

2. Пробите трябва да бъдат с определена дебелина. След получаване на отпечатъка не трябва да има признаци на деформация на обратната страна на пробата.

3. Екземплярът трябва да лежи стабилно и стабилно на стола.

4. Натоварването трябва да действа перпендикулярно на повърхността на пробата.

Определяне на твърдостта по Бринел

Твърдостта на метала по Бринел се определя чрез вдлъбнатина на топка от закалена стомана (фиг. 1) с диаметър 10 в пробата; 5 или 2,5 mm и се изразява чрез числото на твърдост HB, получено чрез разделяне на приложеното натоварване P в N или kgf (1N = 0,1 kgf) на повърхността на отпечатъка F, образуван върху пробата в mm

Номер на твърдост по Бринел HB изразено като съотношение на приложеното натоварванеЕкъм площадаСсферична повърхност на отпечатъка (дупката) върху измерваната повърхност.

HB = , (MPa),

Където

С– площ на сферичната повърхност на отпечатъка, mm 2 (изразено чрездИд);

д– диаметър на топката, mm;

д– диаметър на отпечатъка, mm;

стойност на натоварванеЕ, диаметър на топкатади продължителността на експозиция при натоварване τ, се избират съгласно таблица 1.

Фигура 1. Схема за измерване на твърдостта по Бринел.

а) Схема на натискане на топката в изпитвания метал

Еде диаметърът на топката,д отп - диаметъра на отпечатъка;

б) Измерване на диаметъра на отпечатъка с лупа (на фигуратад=4,2 мм).

маса 1.

Избор на диаметър на топката, натоварване и време на престой под натоварване в зависимост от

върху твърдостта и дебелината на пробата

над 6

6…3

по-малко от 3

29430 (3000)

7355 (750)

1840 (187,5)

По-малко от 1400

над 6

6…3

по-малко от 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

Цветни метали и сплави (мед, месинг, бронз, магнезиеви сплави и др.)

350-1300

над 6

6…3

по-малко от 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

30

Цветни метали (алуминий, лагерни сплави и др.)

80-350

над 6

6…3

по-малко от 3

10

5

2,5

2450 (250)

613 (62,5)

153,2 (15,6)

60

Фигура 2 показва диаграма на лостово устройство. Пробата се монтира върху масата на предмета 4. Завъртайки маховика 3, винтът 2 повдига пробата, докато влезе в контакт с топката 5 и след това докато пружината 7, поставена на шпиндела 6, бъде напълно компресирана. Пружината създава предварително натоварване на топката, равно на 1 kN (100 kgf), което осигурява стабилно положение на пробата по време на натоварване. След това електродвигателят 13 се включва и чрез червячната предавка на скоростната кутия 12, свързващия прът 11 и системата от лостове 8.9, разположени в тялото 1 на твърдомера с тежести 10, създава зададено пълно натоварване на топката . Върху образеца за изпитване се получава сферичен отпечатък. След разтоварване на апарата пробата се отстранява и със специална лупа се определя диаметърът на отпечатъка. За очаквания диаметър на отпечатъка вземете средната стойност аритметична стойностизмервания в две взаимно перпендикулярни посоки.

Фигура 2. Диаграма на устройството Brinell

Използвайки горната формула, използвайки измерения диаметър на вдлъбнатината, се изчислява числото на твърдост HB. Числото на твърдостта в зависимост от диаметъра на получения отпечатък също може да се намери от таблиците (виж таблицата с числата на твърдостта).

При измерване на твърдост с топка с диаметър D = 10,0 mm при натоварване F = 29430 N (3000 kgf), с време на задържане τ = 10 s, числото на твърдостта се записва, както следва:HB2335 MPa или според старото обозначение HB 238 (в kgf / mm 2 )

Когато измервате твърдостта по Бринел, помнете следното:

Възможно е да се тестват материали с твърдост не повече от HB 4500 MPa, тъй като при по-висока твърдост на пробата възниква неприемлива деформация на самата топка;

За да се избегне пробиване, минималната дебелина на пробата трябва да бъде най-малко десет пъти дълбочината на вдлъбнатината;

Разстоянието между центровете на два съседни отпечатъка трябва да бъде най-малко четири диаметъра на отпечатъка;

Разстоянието от центъра на отпечатъка до страничната повърхност на образеца трябва да бъде най-малко 2,5д.

Определяне на твърдостта по Рокуел

Според метода на Рокуел твърдостта на металите се определя чрез врязване на топка от закалена стомана с диаметър 1,588 mm или диамантен конус с ъгъл на върха 120 в образеца за изпитване. О под действието на две последователно приложени натоварвания: предварително Р0 = 10 kgf и общо Р, равно на сумата от предварителните Р0 и основните Р1 натоварвания (фиг. 3).

Номер на твърдост по РокуелHRсе измерва в произволни безразмерни единици и се определя по формулите:

HR ° С = - когато диамантеният конус е вдлъбнат

HR V = - когато се натисне стоманена топка,

където 100– броят на деленията на черната скала C, 130 е броят на деленията на червената скала B на циферблата на индикатора, измерващ дълбочината на вдлъбнатината;

ч 0 - дълбочината на вдлъбнатина на диамантения конус или топката под действието на предварителното натоварване. Ммм

ч– дълбочина на вдлъбнатина на диамантения конус или топка под действието на общото натоварване, mm

0,002 - цена на деление на скалата на индикаторния циферблат (преместването на диамантения конус при измерване на твърдостта с 0,002 mm съответства на преместването на стрелката на индикатора с едно деление), mm

Видът на върха и стойността на натоварването се избират съгласно таблица 2 в зависимост от твърдостта и дебелината на пробата за изпитване. .

Номер на твърдост по Рокуел (HR) е мярка за дълбочината на вдлъбнатината и се изразява в условни единици. Единицата за твърдост е безразмерна стойност, съответстваща на аксиално изместване от 0,002 mm. Числото на твърдостта по Рокуел се показва директно със стрелка върху скалата C или B на индикатора след автоматично отстраняване на основното натоварване. Твърдостта на един и същи метал, определена по различни методи, се изразява в различни единици твърдост.

Например,HB 2070, HR ° С 18 илиHR V 95.

Фигура 3. Схема за измерване на твърдостта по Рокуел

таблица 2

IN

HR IN

стоманена топка

981 (100)

0,7

25…100

по скала B

2000 до 7000 (закалени стомани)

СЪС

HR СЪС

диамантен конус

1471 (150)

0,7

20…67

по скала С

От 4000 до 9000 (части карбуризирани или азотирани, твърди сплави и др.)

А

HR А

диамантен конус

588 (60)

0,4

70…85

по скала B

Методът Rockwell се характеризира с простота и висока производителност, осигурява запазване на висококачествена повърхност след тестване и позволява тестване на метали и сплави, както с ниска, така и с висока твърдост. Този метод не се препоръчва за сплави с нехомогенна структура (сив чугун, ковък и високоякостен чугун, сплави на фрикционни лагери и др.).

Практическа част

Докладвайте съдържанието.

Посочете заглавието на произведението, неговата цел.

Отговори на въпросите:

1. Какво се нарича твърдост?

2. Каква е същността на определението за твърдост?

3. Какви 2 метода за изпитване на твърдост познавате? Каква е тяхната разлика?

4. Как трябва да се подготви пробата за изследване?

5. Как да обясним липсата на универсален метод за определяне на твърдостта?

6. Защо твърдостта най-често се определя от множеството механични характеристики на материалите?

7. Запишете в тетрадката си схемата за определяне на твърдостта по Бринел и Рокуел.

Лаборатория №2

Тема: "Механични свойства на металите и методи за тяхното изследване (якост, еластичност)"

Цел на работата: за изучаване на механичните свойства на металите, методи за тяхното изследване.

Напредък:

1. Запознайте се с теоретичните положения.

2. Изпълнете задачата на учителя.

3. Направете доклад в съответствие със задачата.

Теоретична част

Основните механични свойства са якост, еластичност, вискозитет, твърдост. Познавайки механичните свойства, дизайнерът разумно избира подходящия материал, който осигурява надеждността и издръжливостта на конструкциите с тяхното минимално тегло.

Механичните свойства определят поведението на материала по време на деформация и разрушаване от действието на външни натоварвания. В зависимост от условията на натоварване, механичните свойства могат да бъдат определени при:

1. Статично натоварване - натоварването върху пробата нараства бавно и плавно.

2. Динамично натоварване - натоварването нараства с висока скорост, има ударен характер.

3. Повторно-променливо или циклично натоварване - натоварването по време на изпитването многократно се променя по големина или по големина и посока.

За да се получат сравними резултати, пробите и методологията за провеждане на механични изпитвания се регулират от GOSTs. При статично изпитване на опън: GOST 1497 се получават характеристики на якост и пластичност.

Якост - способността на материала да устои на деформация и разрушаване.

Пластичността е способността на материала да променя размера и формата си под въздействието на външни сили; мярка за пластичност - стойността на остатъчната деформация.

Устройството, което определя якостта и пластичността, е машина за изпитване на опън, която записва диаграмата на опън (виж фиг. 4), изразяваща връзката между удължението на пробата и действащото натоварване.

Ориз. Фиг. 4. Диаграма на разтягане: a – абсолютна, b – относителна.

Участък oa на диаграмата съответства на еластичната деформация на материала при спазване на закона на Хук. Напрежението, съответстващо на еластичната крайна деформация в точка а, се нарича пропорционална граница.

Пропорционалната граница е максималното напрежение, до което е валиден законът на Хук.

При напрежения над границата на пропорционалност възниква равномерна пластична деформация (удължаване или стесняване на напречното сечение).

Точка b - границата на еластичност - най-високото напрежение, преди достигането на което няма остатъчна деформация в пробата.

Площта cd е границата на провлачване, тя съответства на границата на провлачване - това е напрежението, при което се получава увеличаване на деформацията в пробата, без да се увеличава натоварването (материалът "тече").

Много марки стомана, цветни метали нямат ясно изразена граница на провлачване, поради което за тях е определена условна граница на провлачване. Условната граница на провлачване е напрежението, което съответства на остатъчна деформация, равна на 0,2% от първоначалната дължина на пробата (легирана стомана, бронз, дуралуминий и други материали).

Точка B съответства на границата на якост (на пробата се появява локално изтъняване - шийка, образуването на изтъняване е характерно за пластмасовите материали).

Якостта на опън е максималното напрежение, което пробата може да издържи преди разделяне (якост на опън).

Отвъд точка В, натоварването пада (поради удължаване на шийката) и възниква повреда в точка К.

Практическа част.

Докладвайте съдържанието.

1. Посочете името на произведението, неговата цел.

2. Какви механични свойства познавате? Какви методи определят механичните свойства на материалите?

3. Запишете дефиницията на понятията якост и пластичност. Какви методи се използват за определянето им? Как се нарича устройството, което определя тези свойства? Как се определят свойствата?

4. Запишете кривата на абсолютно опън на пластмасовия материал.

5. След диаграмата посочете имената на всички точки и участъци от диаграмата.

6. Каква граница е основната характеристика при избора на материал за производството на всеки продукт? Обосновете отговора.

7. Какви материали са по-надеждни при работа, крехки или пластични? Обосновете отговора.

Библиография

Основен:

Адаскин А.М., Зуев В.М. Материалознание (металообработване). - М .: JIC "Академия", 2009 - 240 с.

Адаскин А.М., Зуев В.М. Материалознание и технология на материалите. - М.: ФОРУМ, 2010 - 336 с.

Чумаченко Ю.Т. Материалознание и водопровод (NPO и SPO). - Ростов n / D .: Phoenix, 2013 - 395 с.

Допълнителен:

Жуковец И.И. Механично изпитване на метали. - М.: Vyssh.shk., 1986. - 199 с.

Лахтин Ю.М. Основи на материалознанието. – М.: Металургия, 1988.

Лахтин Ю.М., Леонтиева В.П. Материалознание. - М .: Машиностроене, 1990.

Електронни ресурси:

1. Списание "Материалознание". (Електронен ресурс) – форма за достъп http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id=2.

2. Материалознание: образователен ресурс, форма за достъп http://www.supermetalloved/narod.ru.

3. Грейдер за стомана. (Електронен ресурс) – форма за достъп www.splav.kharkov.com.

4. Федерален център за информационни и образователни ресурси. (Електронен ресурс) – www.fcior.ru форма за достъп.

Въпроси за изпита за 2-ра година на факултет ИМ
Въпроси за изпита за студенти от 1-ва година на ИМ

Лабораторни работи

Лабораторни журнали за дисциплината "Материалознание"

(От студентите се изисква да носят печатна версия на лабораторните дневници за лабораторна работа)

Лабораторна работа по курса "Материалознание"

Лабораторна работа по курса "Материалознание"

Основната учебна и учебно-методическа литература по дисциплините, които се четат в катедрата

Цикъл Материалознание

1. Богодухов С.И., Козик Е.С. Материалознание. Учебник за средните училища. – М.: Машиностроение, 2015. – 504 с.
2. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материалознание. Учебник за средните училища. - Санкт Петербург: ХИМИЗДАТ, 2007. - 784 с.
3. Арзамасов В.Б., Черепахин А.А. Материалознание. Учебник. - М.: Изпит, 2009. - 352 с.: ил.
4. Оскин В.А., Байкалова В.Н., Карпенков В.Ф. Семинар по материалознание и технология на конструкционните материали: Урокза университети (под редакцията на Oskin V.A., Baikalova V.N.) . - М.: КолосС, 2007. - 318 с.: ил.
5. Материалознание и технология на металите: учебник за университети / G.P. Фетисов и др. - 6 изд., доп. - М.: Висше училище, 2008. - 878 с.
6. Материалознание и технология на металите: учебник за университети по инженерни специалности / G.P. Фетисов, М.Г. Карпман и други - М .: Висше училище, 2009. - 637 с.
7. Медведева M.L., Prygaev A.K. Тетрадка по материалознание. Методическо ръководство - М .: Издателски център на Руския държавен университет за нефт и газ. ТЯХ. Губкина, 2010, 90 с.
8. Ефименко Л.А., Елагина О.Ю., Пригаев А.К., Вышемирски Е.М., Капустин О.Е., Мурадов А.В. Обещаващи и традиционни тръбни стомани за изграждане на газопроводи и нефтопроводи. Монография. – М.: Логос, 2011, 336 с.
9. Пригаев А.К., Куракин И.Б., Василиев А.А., Кривошеев Ю.В. Обосноваване на избора на конструктивни материали и разработване на режими на тяхната термична обработка за производство на машинни части и оборудване за нефтената и газовата промишленост. Методическо ръководство за курсова работа по дисциплината "Материалознание" - М .: Руски държавен университет за нефт и газ на името на И.М. Губкина, 2015 г
10. Фектистов Г.П., Карпман М.Г., Миатюхин В.М. и др. Материалознание и технология на материалите. - М .: Висше училище, 2000
11. Гуляев А.П. Материалознание. - М .: Металургия, 1986
12. Ефименко Л.А., Пригаев А.К., Елагина О.Ю. Металознание и термична обработка на заварени съединения. Урок. - М.: Логос, 2007. - 455 с.: ил.
13. Указания за лабораторна работа по курса "Материалознание" част 1 и част 2, - М .: РГУ за нефт и газ, 2000 г.
14. Трофимова Г.А. Указания за лабораторни упражнения „Построяване и анализ на термомеханична крива за аморфни полимери” и „Определяне на механичните свойства на пластмаси и каучуци”. - M .: Руски държавен университет за нефт и газ на името на I.M. Губкина, 1999 г

Цикъл Корозия и защита на оборудване NGP

1. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Корозия и защита от корозия. - М: Физматлит, 2010. - 416 с.
2. Медведева М.Л. Корозия и защита на оборудването при преработка на нефт и газ. Урок. М .: Федерално държавно унитарно предприятие Издателство "Нефт и газ" Руски държавен университет за нефт и газ. I.M. Gubkina, 2005. - 312 с.: ил.
3. Медведева М.Л., Мурадов А.В., Пригаев А.К. Корозия и защита на магистрални тръбопроводи и резервоари: Учебник за петролни и газови университети. - М .: Издателски център на Руския държавен университет за нефт и газ на името на И.М. Губкина, 2013. - 250 с.
4. Сорокин Г.М., Ефремов А.П., Саакиян Л.С. Корозионно-механично износване на стомани и сплави. -М .: Нефт и газ, 2002

Цикъл трибология

1. Сорокин Г.М., Малишев В.Н., Куракин И.Б. Трибология на стоманите и сплавите: Учебник за ВУЗ. - М .: Руски държавен университет за нефт и газ на името на I.M. Губкина, 2013. - 383 с.: ил.
2. Сорокин Г.М., Куракин И.Б. Системен анализи комплексни критерии за якост на стоманите. - М .: Издателска къща Недра LLC, 2011. - 101 с.
3. Сорокин Г.М. Трибология на стомани и сплави. Москва: Недра, 2000
4. В. Н. Виноградов и Г. М. Сорокин, Акуст. Механично износване на стомани и сплави: Учебник за ВУЗ. - М.: Недра, 1996. - 364 с.: ил.
5. В. Н. Виноградов и Г. М. Сорокин, Акуст. Износоустойчивост на стомани и сплави: Учебник за ВУЗ. - М.: Нефт и газ, 1994. - 417 с.: ил. 246.

Предмет:Изследване на процеса на кристализация на металите

Цел на работата:да изучава механизма на кристализация на металите, енергийните условия за протичане на процеса на кристализация.

Работен ред

1. Проучете теоретична информация.

2. В тетрадка за практическа работа отговорете писмено на контролни въпроси.

Теоретична информация

Обща собственостметали и сплави - тяхната кристална структура, която се характеризира с определено разположение на атомите в пространството. За описване на атомно-кристалната структура се използва понятието кристална клетка - най-малкият обем, чийто превод във всички измерения може напълно да възпроизведе структурата на кристала. В истинския кристал атомите или йоните са доближени един до друг до състояние на директен контакт, но за простота те са заменени с диаграми, където центровете на привличане на атомите или йоните са показани като точки; най-характерните за металите клетки са показани на фиг. 1.1.

Фиг.1.1. Видове кристални решетки и разположението на атомите в тях:

a) лицево-центриран (fcc), b) тяло-центриран (bcc), c) шестоъгълен плътно опакован (HS)

Всяко вещество може да бъде в три агрегатни състояния: твърдо, течно и газообразно, като преходът от едно състояние в друго става при определена температура и налягане. Повечето технологични процеси протичат с атмосферно налягане, тогава фазовите преходи се характеризират с температурата на кристализация (топене), сублимация и кипене (изпарение).

С повишаване на температурата твърдо тялоподвижността на атомите във възлите на кристалната клетка се увеличава, амплитудата им на трептене се увеличава. Когато се достигне температурата на топене, енергията на атомите става достатъчна, за да напусне клетката - тя се разпада с образуването на течна фаза. Температурата на топене е важна физическа константа на материалите. Сред металите живакът има най-ниска точка на топене (-38,9 ° C), а волфрамът има най-висока (3410 ° C).

Обратната картина се получава при охлаждане на течността с по-нататъшното й втвърдяване. Близо до точката на топене се образуват групи от атоми, опаковани в клетки, както в твърдо тяло. Тези групи са центрове (зародиши) на кристализация и след това върху тях расте слой от кристали. При достигане на същата температура на топене материалът преминава в течно състояние с образуване на кристална решетка.

Кристализацията е преминаването на метал от течно в твърдо състояние при определена температура. Според закона на термодинамиката всяка система се стреми да премине в състояние с минимална стойност на свободната енергия - съставна вътрешна енергия, която може да се преобразува в работа изотермично. Следователно металът се втвърдява, когато твърдото състояние има по-малко свободна енергия и се топи, когато свободната енергия в течното състояние е по-малко.

Процесът на кристализация се състои от два елементарни процеса: зараждане на кристализационни центрове и растеж на кристали от тези центрове. Както беше отбелязано по-горе, при температура, близка до кристализацията, започва образуването на нова структура, център на кристализация. С увеличаване на степента на преохлаждане се увеличава броят на тези центрове, около които започват да растат кристали. В същото време в течната фаза се образуват нови центрове на кристализация, така че увеличаването на твърдата фаза се случва едновременно както поради появата на нови центрове, така и поради растежа на съществуващите. Общата скорост на кристализация зависи от хода на двата процеса, а скоростите на зараждане на центрове и растеж на кристали зависят от степента на преохлаждане ΔТ. На фиг. 1.2 схематично показва механизма на кристализация.

Ориз. 1.2. Механизъм на кристализация

Истинските кристали се наричат ​​кристалити, те имат неправилна форма, което се обяснява с едновременния им растеж. Ядрата на кристализация могат да бъдат флуктуации на основния метал, примеси и различни твърди частици.

Размерите на зърната зависят от степента на преохлаждане: при ниски стойности на ΔT скоростта на растеж на кристалите е висока, така че се образува незначително количество големи кристалити. Увеличаването на ΔT води до увеличаване на скоростта на образуване на ядра, броят на кристалите се увеличава значително и техните размери намаляват. Основната роля при формирането на металната структура обаче играят примесите (неметални включвания, оксиди, продукти на дезоксидация) - колкото повече от тях, толкова по-малък е размерът на зърното. Понякога модификацията на метала се извършва целенасочено - умишленото въвеждане на примеси с цел намаляване на размера на зърното.

При образуването на кристална структура важна роля играе посоката на отвеждане на топлината, тъй като в тази посока кристалът расте по-бързо. Зависимостта на скоростта на растеж от посоката води до образуването на разклонени дървовидни кристали - дендрити (фиг. 1.3).

Ориз. 1.3 Дендритни кристали

При прехода от течно към твърдо състояние винаги протича селективна кристализация – първо се втвърдява по-чистият метал. Следователно границите на зърната са по-обогатени с примеси и хетерогенността на химичния състав в рамките на дендритите се нарича дендритна сегрегация.

На фиг. 1.4. е показана структурата на стоманен слитък, в която могат да се разграничат 3 характерни зони: финозърнеста 1, зона на колонни кристали 2 и зона на равновесни кристали 3. Зона 1 се състои от голям брой кристали, които не са ориентирани в пространство, образувано под въздействието на значителна температурна разлика между течния метал и студените стени.

Ориз. 1.4. Структурата на стоманения слитък

След образуването на външната зона условията за отвеждане на топлината се влошават, преохлаждането намалява и се появяват по-малко центрове на кристализация. Кристалите започват да растат от тях в посока на отвеждане на топлината (перпендикулярно на стените на матрицата), образувайки зона 2. В зона 3 няма ясна посока на отвеждане на топлината, а ядрата на кристализация в нея са чужди частици, изместени по време на кристализацията на предишни зони.

Контролни въпроси

1. В какви агрегатни състояния може да съществува даден материал?

2. Какво се нарича фазова трансформация от първи вид?

3. Какъв процес се нарича кристализация, към какъв тип фазова трансформация принадлежи?

4. Опишете механизма на кристализацията на метала и условията, необходими за започването му.

5. Какво е причинило дендритната форма на кристалите?

6. Опишете структурата на метален слитък