Materiales metódicos. Trabajo de laboratorio en el curso "Ciencia de los Materiales

Tema:Estudio del proceso de cristalización de metales.

Objetivo: estudiar el mecanismo de cristalización de los metales, las condiciones energéticas del proceso de cristalización.

Orden de trabajo

1. Estudiar información teórica.

2. En un cuaderno de prácticas, contestar por escrito las preguntas de control.

Información teórica

La propiedad general de los metales y las aleaciones es su estructura cristalina, que se caracteriza por una cierta disposición de los átomos en el espacio. Para describir la estructura del cristal atómico, se utiliza el concepto de celda de cristal: el volumen más pequeño, cuya traducción en todas las dimensiones puede reproducir completamente la estructura del cristal. En un cristal real, los átomos o iones se acercan entre sí a un estado de contacto directo, pero por simplicidad son reemplazados por esquemas donde los centros de atracción de átomos o iones están representados por puntos; Las celdas más típicas de los metales se muestran en la Fig. 1.1.

Figura 1.1. Tipos de redes cristalinas y la disposición de los átomos en ellas:

a) centrado en la cara (FCC), b) centrado en el cuerpo (BCC), c) compacto hexagonal (GSC)

Cualquier sustancia puede encontrarse en tres estados de agregación: sólida, líquida y gaseosa, y la transición de un estado a otro ocurre a una determinada temperatura y presión. La mayoría de los procesos tecnológicos ocurren a presión atmosférica, luego las transiciones de fase se caracterizan por la temperatura de cristalización (fusión), sublimación y ebullición (evaporación).

Con un aumento en la temperatura de un sólido, aumenta la movilidad de los átomos en los nodos de la celda de cristal y aumenta su amplitud de vibración. Cuando se alcanza la temperatura de fusión, la energía de los átomos se vuelve suficiente para salir de la célula; se colapsa con la formación de una fase líquida. El punto de fusión es una constante física importante de los materiales. Entre los metales, el mercurio tiene el punto de fusión más bajo (-38,9 ° C) y el más alto es el tungsteno (3410 ° C).

La imagen opuesta ocurre cuando el líquido se enfría con su solidificación adicional. Cerca del punto de fusión, se forman grupos de átomos, empaquetados en células, como en un sólido. Estos grupos son centros (núcleos) de cristalización, y luego una capa de cristales crece sobre ellos. Al alcanzar el mismo punto de fusión, el material pasa a un estado líquido con la formación de una red cristalina.

La cristalización es la transición de un metal de un estado líquido a uno sólido a una determinada temperatura. De acuerdo con la ley de la termodinámica, cualquier sistema tiende a entrar en un estado con un valor mínimo de energía libre, una energía interna compuesta, que se puede convertir isotérmicamente en trabajo. Por lo tanto, el metal se solidifica cuando hay menos energía libre en el estado sólido y se funde cuando hay menos energía libre en el estado líquido.

El proceso de cristalización consta de dos procesos elementales: la nucleación de centros de cristalización y el crecimiento de cristales a partir de estos centros. Como se señaló anteriormente, a una temperatura cercana a la cristalización, comienza la formación de una nueva estructura, un centro de cristalización. Con un aumento en el grado de sobreenfriamiento, aumenta el número de dichos centros, alrededor de los cuales comienzan a crecer cristales. Al mismo tiempo, se forman nuevos centros de cristalización en la fase líquida, por lo que se produce simultáneamente un aumento de la fase sólida tanto por la aparición de nuevos centros como por el crecimiento de los existentes. La tasa de cristalización total depende del curso de ambos procesos, y las tasas de nucleación de centros y crecimiento de cristales dependen del grado de sobreenfriamiento ΔТ. En la Fig. 1.2 muestra esquemáticamente el mecanismo de cristalización.

Arroz. 1.2. Mecanismo de cristalización

Los cristales reales se denominan cristalitos, tienen una forma irregular, lo que se explica por su crecimiento simultáneo. Los núcleos de cristalización pueden ser fluctuaciones del metal base, impurezas y diversas partículas sólidas.

Los tamaños de grano dependen del grado de sobreenfriamiento: a valores pequeños de ΔТ, la tasa de crecimiento de cristales es alta, por lo tanto, se forma una cantidad insignificante de cristalitos grandes. Un aumento en ΔТ conduce a un aumento en la tasa de nucleación, el número de cristalitos aumenta significativamente y sus tamaños disminuyen. Sin embargo, el papel principal en la formación de la estructura metálica lo desempeñan las impurezas (inclusiones no metálicas, óxidos, productos de desoxidación): cuanto más hay, más pequeños son los tamaños de grano. A veces, el metal se modifica a propósito: la introducción deliberada de impurezas para reducir el tamaño del grano.

En la formación de la estructura cristalina, la dirección de eliminación del calor juega un papel importante, porque el cristal crece más rápido en esta dirección. La dependencia de la tasa de crecimiento de la dirección conduce a la formación de cristales ramificados en forma de árbol: dendritas (Fig. 1.3).

Arroz. 1.3 Cristal dendrítico

Durante la transición de un estado líquido a un sólido, siempre tiene lugar la cristalización selectiva; en primer lugar, el metal más puro se endurece. Por lo tanto, los límites de los granos están más enriquecidos en impurezas y la heterogeneidad de la composición química dentro de las dendritas se denomina licuación dendrítica.

En la Fig. 1.4. muestra la estructura de un lingote de acero, en la que es posible distinguir 3 zonas características: 1 de grano fino, una zona de cristales columnares 2 y una zona de cristales de equilibrio 3. La zona 1 consta de un gran número de cristales no orientados en espacio, formado bajo la influencia de una diferencia de temperatura significativa entre el metal líquido y las paredes frías.

Arroz. 1.4. Estructura de lingotes de acero

Después de la formación de la zona exterior, las condiciones para la eliminación del calor se deterioran, la hipotermia disminuye y aparecen menos centros de cristalización. Los cristales comienzan a crecer a partir de ellos en la dirección de la eliminación del calor (perpendicular a las paredes del molde), formando la zona 2. En la zona 3, no hay una dirección clara para la eliminación del calor, y los núcleos de cristalización contienen partículas extrañas desplazadas. durante la cristalización de las zonas anteriores.

Preguntas de control

1. ¿En qué estados de agregación puede existir el material?

2. ¿Qué se llama transformación de fase del primer tipo?

3. ¿A qué proceso se le llama cristalización, a qué tipo de transformación de fase pertenece?

4. Describe el mecanismo de cristalización del metal y las condiciones necesarias para su inicio.

5. ¿Cuál es la causa de la forma dendrítica de los cristales?

6. Describe la estructura del lingote de metal.

Preguntas para el examen de 2º curso de la Facultad de IM
Preguntas para el examen para estudiantes de 1er año de IM

Trabajos de laboratorio

Revistas de laboratorio para el curso "Ciencia de los materiales"

(Para el trabajo de laboratorio, los estudiantes deben tener una versión impresa de los diarios de laboratorio con ellos)

Trabajo de laboratorio en el curso "Ciencia de los Materiales"

Trabajo de laboratorio en el curso "Ciencia de los Materiales"

La principal literatura educativa y pedagógica-metódica sobre las disciplinas leídas en el departamento.

Ciclo de ciencia de materiales

1. Bogodukhov S.I., Kozik E.S. Ciencia de los Materiales. Libro de texto para universidades. - M .: Mashinostroenie, 2015 .-- 504 p.
2. Solntsev Yu.P., Pryakhin E.I. Ciencia de los Materiales. Libro de texto para universidades. - SPb.: KHIMIZDAT, 2007 .-- 784 p.
3. Arzamasov V.B., Cherepakhin A.A. Ciencia de los Materiales. Libro de texto. - M.: Examen, 2009 .-- 352 p .: Ill.
4. Oskin V.A., Baikalova V.N., Karpenkov V.F. Taller sobre ciencia de materiales y tecnología de materiales estructurales: libro de texto para universidades (ed. Oskin V.A., Baikalova V.N.). - M.: KolosS, 2007.- 318 p.: Enfermo.
5. Ciencia de los materiales y tecnología de los metales: libro de texto para universidades / G.P. Fetisov y otros - 6th ed., Add. - M.: Escuela superior, 2008 .-- 878 p.
6. Ciencia de los materiales y tecnología de los metales: un libro de texto para universidades en especialidades de construcción de maquinaria / G.P. Fetisov, M.G. Karpman y otros - M.: Escuela superior, 2009 .-- 637 p.
7. Medvedeva M.L., Prygaev A.K. Un cuaderno sobre ciencia de materiales. Manual metódico - M.: Centro de publicaciones de la Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Rusia que lleva el nombre de ELLOS. Gubkina, 2010, 90 p.
8. Efimenko L.A., Elagina O.Yu., Prygaev A.K., Vyshemirsky E.M., Kapustin O.E., Muradov A.V. Aceros para tuberías tradicionales y prometedores para la construcción de gasoductos y oleoductos. Monografía. - M.: Logos, 2011, 336 p.
9. Prygaev A.K., Kurakin I.B., Vasiliev A.A., Krivosheev Yu.V. Justificación de la elección de los materiales estructurales y el desarrollo de modos de su tratamiento térmico para la fabricación de piezas de maquinaria y equipos para la industria del petróleo y el gas. Manual metódico para el trabajo del curso sobre la disciplina "Ciencia de los materiales" - M.: Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Rusia que lleva el nombre de IM Gubkina, 2015
10. Fektistov G.P., Karpman M.G., Miatyukhin V.M. y otros Materiales ciencia y tecnología de materiales. - M.: Escuela superior, 2000
11. Gulyaev A.P. Ciencia de los Materiales. - M.: Metalurgia, 1986
12. Efimenko L.A., Prygaev A.K., Elagina O.Yu. Metalurgia y tratamiento térmico de juntas soldadas. Tutorial. - M.: Logos, 2007 .-- 455 p .: Ill.
13. Directrices metódicas para el trabajo de laboratorio en el curso "Ciencia de los materiales", parte 1 y parte 2, - M.: Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Rusia, 2000
14. Trofimova G.A. Directrices metódicas para trabajos de laboratorio "Construcción y análisis de curvas termomecánicas para polímeros amorfos" y "Determinación de propiedades mecánicas de plásticos y cauchos". - Moscú: Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Rusia que lleva el nombre de I.M. Gubkin, 1999

Ciclo de corrosión y protección de equipos de petróleo y gas.

1. Semenova I.V., Florianovich G.M., Khoroshilov A.V. Protección contra la corrosión y la corrosión. - M: Fizmatlit, 2010.- 416 p.
2. Medvedeva M.L. Protección contra la corrosión y los equipos en el procesamiento de petróleo y gas. Tutorial. Moscú: Editorial FSUE "Petróleo y Gas" Universidad Estatal de Petróleo y Gas de Rusia lleva el nombre de I.M. Gubkina, 2005 .-- 312 p.: Ill.
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Tribología del ciclo

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Transcripción

1 Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia Institución educativa estatal de educación profesional superior Universidad técnica estatal de Nizhny Novgorod que lleva el nombre de RE. Alekseeva V.K. Sorokin, G.N. Gavrilov, S.V. Kostromin LABORATORIO Y TRABAJOS PRÁCTICOS EN CIENCIA DE MATERIALES

2 UDC (075.8) LBC Sorokin V.K., Gavrilov G.N., Kostromin S.V. Laboratorio y trabajos prácticos en ciencia de materiales: libro de texto. tolerancia; editado por V.K. Sorokin. NSTU nombrado después de RE. Alekseeva. Nizhny Novgorod, art. El laboratorio JSBN trabaja en el estudio de la estructura de los materiales, se presentan cuestiones de tratamiento térmico y propiedades de los materiales. Se dan trabajos prácticos sobre el análisis de transformaciones de fase en aleaciones de dos componentes, la elección de aceros y el tratamiento térmico de piezas de máquinas y materiales compuestos. La Universidad Técnica Estatal de Nizhny Novgorod lleva el nombre de RE. Alekseeva Sorokin V.K., Gavrilov G.N., Kostromin S.V., 2011

3 TRABAJO DE LABORATORIO 3 LA INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES DEL TRATAMIENTO TÉRMICO EN LAS PROPIEDADES DEL ACERO Objeto del trabajo: Estudiar el efecto de las condiciones de temperatura y tiempo de los modos de calentamiento y enfriamiento durante el tratamiento térmico sobre las propiedades del acero. 1. BREVE INFORMACIÓN DE LA TEORÍA Los productos metálicos de las empresas metalúrgicas llegan a las plantas de construcción de maquinaria generalmente en forma de diversos productos laminados, forjados, en estado fundido. Se utilizan para producir espacios en blanco para piezas de máquinas, que se someten a un tratamiento térmico preliminar. Posterior mecanizado por corte. se obtienen partes de una forma geométrica y dimensiones dadas. A continuación, estas piezas se someten a un tratamiento térmico de endurecimiento y, en el caso de máquinas complejas, se envían al ensamblaje de las piezas individuales de la máquina, y la propia máquina se ensambla a partir de las unidades de ensamblaje. El esquema de procesamiento y fabricación en plantas de construcción de máquinas de piezas volumétricas de máquinas (palancas, cigüeñales y bielas de motores de combustión interna, ruedas dentadas, etc.) a partir de materiales metálicos deformables se muestra en la Fig. 8. Como puede ver, en el proceso de fabricación de las piezas de la máquina, el tratamiento térmico se realiza dos veces. El tratamiento térmico es el proceso de procesamiento de productos hechos de materiales técnicos mediante exposición al calor (calentamiento y enfriamiento) para cambiar su estructura y propiedades en una dirección determinada. El tratamiento térmico se utiliza como tratamiento final para obtener las propiedades mecánicas, físicas y operativas especificadas de las piezas de la máquina, así como como intermedio (preliminar) para mejorar las propiedades tecnológicas (maquinabilidad con herramientas de corte, maquinabilidad por presión, etc. ). Los principales tipos de tratamiento térmico preliminar de piezas de trabajo hechas de aceros estructurales en la ingeniería mecánica son el normalizado o el recocido completo. Para realizarlos, las piezas de trabajo se calientan en el caso de utilizar aceros estructurales hipereutectoides por encima de la temperatura de transformación de fase t АСз en С y se obtiene una estructura de austenita. Después de una cierta exposición a la temperatura de calentamiento, el enfriamiento se realiza al aire (recocido normalizador) o junto con un horno (recocido completo), obteniendo una estructura de ferrita y perlita. El pretratamiento térmico reduce la dureza del acero y mejora la maquinabilidad. El índice de maquinabilidad durante el corte generalmente se toma como el valor numérico de la velocidad de corte al tornear con cortadores de acero de alta velocidad en un torno, que corresponde a la vida útil de la herramienta de 60 minutos (el tiempo entre dos rectificados del filo de la herramienta).

4 PLANTA METALÚRGICA Productos largos PLANTA DE CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINAS Producción de piezas en bruto de piezas de máquinas mediante tratamiento a presión (estampación en caliente, etc.) Pieza en bruto Tratamiento de precalentamiento de piezas en bruto Corte mecánico en máquinas de corte de metales Piezas de máquinas Tratamiento térmico de refuerzo de piezas Procesamiento final operaciones (si es necesario) Montaje de una máquina Máquina (producto) Arroz. 8. Esquema ampliado típico de procesamiento y fabricación de piezas de maquinaria a granel en una planta de construcción de maquinaria Cuando el contenido de carbono en el carbono estructural y los aceros de baja aleación es inferior al 0,5%, el recocido de normalización se realiza normalmente para piezas en bruto y para aceros con más del 0,5% de carbono, recocido completo. El tratamiento térmico final típico de piezas de máquinas y herramientas consta de dos operaciones: 1 - temple con obtención en la etapa de enfriamiento a una alta tasa (para aceros al carbono en agua y otros medios) de estructura austenítica de martensita (AM); 2 - templado del acero templado con calentamiento a una temperatura no superior a la temperatura de la fase de transformación Ac 1. El uso de tratamiento térmico cambia significativamente las propiedades mecánicas del acero. Los esquemas de los principales tipos de tratamiento térmico para aceros hipereutectoides estructurales se muestran en la Fig. 9. En la tabla se dan datos sobre las propiedades mecánicas de aceros estructurales de carbono medio (mejorados) de diversas composiciones químicas después de templado y alto revenido. 9.

5 Grado de acero Fig. 9. Esquemas de tratamiento térmico de aceros estructurales Tabla 9. Propiedades mecánicas de algunos aceros estructurales típicos de medio carbono después de templado y alto revenido Precio al por mayor x) Diámetro crítico, mm xx) Para piezas con una dimensión transversal, mm xxx) Propiedades mecánicas 0.2 , V, MPa MPa 45 1, X 1, XN 1, XN2MA 2, KhNZMFA 2, Notas: x) Unidades relativas: el precio al por mayor del acero al carbono de calidad se toma como 1.0. xx) Diámetro de la muestra templada para obtener una microestructura en el centro de 95% de martensita y 5% de troostita. xxx) Los aceros se pueden utilizar para fabricar piezas con dimensiones transversales aún mayores. Debe tenerse en cuenta que en este caso, los productos reciben propiedades mecánicas reducidas en comparación con los valores tabulados debido a una templabilidad insuficiente en la sección de piezas de grandes diámetros transversales. 2. MATERIAL Y SOPORTE TÉCNICO DEL TRABAJO El trabajo utiliza hornos eléctricos de laboratorio, potenciómetros automáticos para controlar la temperatura de calentamiento en el horno, tanques con agua y aceite para enfriar, una rectificadora (afiladora) para limpiar muestras de rebabas y escamas, probadores de dureza , pinzas para cargar muestras en hornear

6 y descarga, muestras de aceros de diferentes calidades, una regla para medir el tamaño de las muestras o vernier. El trabajo se lleva a cabo en un laboratorio de tratamiento térmico. Para calentar las muestras se utiliza cámara de laboratorio eléctrica o hornos de mufla. Un ejemplo de horno de cámara es SNOL I / II-M1 X) con una capacidad de 3 kW. La cámara de trabajo, en la que se realiza el calentamiento, está hecha de cerámica resistente al calor. Los elementos calefactores en forma de espirales están ubicados en huecos a lo largo de las paredes laterales, en el hogar y en el techo del horno. Para proteger las espirales de daños y la ubicación de las muestras calentadas, hay una loseta de cerámica plana en la parte inferior del horno. Para medir la temperatura, se inserta un termopar en el área de trabajo del horno. La cámara de trabajo del horno se cierra desde el frente con una tapa. La temperatura máxima en el área de trabajo es de 1100 C. El horno está equipado con un milivoltímetro tipo MP. Para una medición precisa y el mantenimiento automático de la temperatura establecida, se utiliza un dispositivo especial: un potenciómetro electromecánico automático del tipo KSP4, al que un termopar está conectado por medio de cables eléctricos. El instrumento puede registrar automáticamente los datos de temperatura del horno en un gráfico de tiras rectangulares de papel. Arroz. 10. Esquema de la instalación para el tratamiento térmico: 1 horno; 2 gabinete con potenciómetros; 3 tanques de refrigerante. Junto a las estufas, los tanques con agua y aceite mineral se encuentran en un soporte. Los tanques tienen "cestas" con orificios a través de los cuales se extraen las muestras del medio de enfriamiento una vez finalizado el enfriamiento. Un diagrama esquemático de la instalación de tratamiento térmico se muestra en la Fig. 10. La evaluación de las propiedades mecánicas de las muestras se realiza en este trabajo mediante el valor numérico de la dureza. La dureza es la propiedad de un material para proporcionar

7 Resistencia a la deformación plástica cuando se presiona bajo carga constante en la superficie plana del material de una bola de acero duro endurecido, un cono de diamante o una pirámide. Existen varios métodos para medir la dureza: Brinell, Rockwell, Vickers, etc. 3. SECUENCIA DE RENDIMIENTO Y TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES. La parte práctica del trabajo se realiza en el siguiente orden: 1. Para un grupo de alumnos de hasta 3-4 personas, el profesor indica el número de tarea a realizar. Cada alumno escribe el texto de la tarea para sí mismo. 2. De acuerdo con la asignación, el maestro asigna un grado de acero, se determina su clase estructural. 3. El tipo de tratamiento térmico se determina según la asignación: endurecimiento, recocido, endurecimiento y revenido. 4. A continuación, proceda a la designación de los modos de tratamiento térmico: temperatura de calentamiento, tiempo de calentamiento y mantenimiento, medio de enfriamiento. Algunos indicadores del modo, dependiendo de la tarea específica, son indicados por el profesor. La temperatura de calentamiento se calcula de acuerdo con las fórmulas dadas en la tabla. 10. Los valores numéricos de las temperaturas de las transformaciones de fase As 1 y As 3 se toman de acuerdo con la tabla. 11. En este caso, se calculan dos valores numéricos de la temperatura: el mínimo t min y el máximo t max. Estos valores de temperatura caracterizan el rango óptimo de temperatura de calentamiento. El valor real de la temperatura en el horno debe estar dentro de este rango (no inferior a t min). Ejemplo. Enfriamiento del acero U12 (As 1 = 730 C): t min = 800 C; t max = = 830 С.) Normalización t n.d. = t Ac3 + recocido + (50 80 C) Endurecimiento t zak = t Ac3 + + (30 50 C) Templado de aceros templados Aceros eutectoides e hipereutectoides (de 0,7 0,8 a 2,14%) t recocido = t Ac1 + + (30 70 C) t nd = t Асm + + (30 50 С) t orden = t Ас1 + + (С) Por debajo de Аc 1 (dependiendo de las propiedades especificadas en С) Medio de enfriamiento típico Con un horno En aire en calma Aceros al carbono en agua, aleados en aceite Para la mayoría de los aceros en el aire

8 Tabla 11. Temperaturas de los puntos críticos Ac 1, Ac 3, Acm de algunos aceros Grado X 45G2 35KhGSA Acero 60S2 Ac 1.0 C Ac 3.0 C Grado U7 U8 U10 U12 ShKh15 9KhS KhVG X12M acero Ac 1.0 C Acm, 0 C El tiempo de calentamiento de las muestras a la temperatura especificada se calcula de acuerdo con la siguiente dependencia empírica: n = 1,5 D, min, donde D es el diámetro o espesor de la muestra, mm. Tiempo de mantenimiento a una temperatura dada b = 0,2 n, min. El tiempo total desde la carga de las muestras en la cámara de trabajo del horno hasta su descarga del horno es la suma del tiempo de calentamiento y de mantenimiento: = n + c Ejemplo. El diámetro de la muestra es de 12 mm: n = 1,5 12 = 18 min; b = 0,2 18 = 3,6 min; = 18,0 + 3,6 = 21,6 minutos. El medio de enfriamiento para el tratamiento térmico del acero se asigna de acuerdo con la Tabla 10. Los estudiantes reciben muestras de acero de un grado determinado de un asistente de laboratorio y las desbarban en una máquina de afilar (muela). A continuación, el asistente de laboratorio mide la dureza de las muestras antes del tratamiento térmico mediante el método Rockwell en la escala HRB. El número de dureza resultante se convierte de la tabla a la escala HB. El valor de la dureza se registra en la tabla. Luego, las muestras se cargan en el horno con unas pinzas bajo la guía de un técnico de laboratorio. El horno está previamente desconectado de la red eléctrica. Después de cargar las muestras en el horno, la puerta se cierra y el horno se conecta a la red eléctrica. Una vez transcurrido el tiempo de calentamiento y mantenimiento, el horno se desconecta de la red eléctrica, las muestras se descargan rápidamente del horno con la ayuda de pinzas y se colocan en un medio de enfriamiento predeterminado. Una vez finalizado el enfriamiento, las muestras se limpian en una rectificadora (trituradora) y el asistente de laboratorio mide la dureza según el tipo de tratamiento térmico en la escala HRC o HRB. Los números de dureza obtenidos se convierten de la tabla a la escala HB. Los valores de dureza se registran en la tabla. La forma de la tabla para registrar los resultados del tratamiento térmico para toda la tarea se da a continuación: Efecto del tratamiento térmico sobre la dureza del acero Grado Modo Dureza del acero acero. tratamiento térmico Tipo de tratamiento térmico enfriamiento mínimo - НRB НВ НRB НRС НВ t, 0 С, miércoles hasta después de eso. (así) denia

9 En el trabajo, varios alumnos realizan una de las tareas prácticas sobre el tratamiento térmico de aceros con un determinado contenido de carbono. En pequeñas muestras de aceros en condiciones de laboratorio, se simula un tratamiento térmico real de piezas de trabajo, piezas de máquinas y herramientas. Las tareas prácticas se dan a continuación. TAREA 1. Estudio del efecto del medio refrigerante (velocidad de enfriamiento) sobre la dureza del acero. Calentar, mantener y enfriar cuatro muestras de acero al carbono de un grado determinado: la primera muestra en agua (endurecimiento completo), la segunda en aceite mineral (endurecimiento parcial), la tercera en aire (recocido normalizado) y la cuarta en un horno. (recocido completo). Mida la dureza de las muestras antes y después del tratamiento térmico. Tabla 12. Tasa de enfriamiento en varios ambientes Medio de enfriamiento agua aceite aire con un horno Tasa de enfriamiento aproximada, grados, 05 / s Con base en los datos obtenidos, se traza un gráfico de la dependencia de la dureza del acero con la tasa de enfriamiento. Sacar conclusiones: después de qué tipos de tratamiento térmico se alcanza la dureza máxima y mínima del acero; - sobre el efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la dureza del acero. TAREA 2. Estudio del efecto del endurecimiento sobre la dureza de aceros con diferente contenido de carbono. El temple se lleva a cabo para varias muestras de aceros al carbono de diferentes grados. La dureza de las muestras se mide antes y después del enfriamiento. A partir de los datos obtenidos, se trazan dos gráficos de la dependencia de la dureza del contenido de carbono (antes del endurecimiento para los aceros de los grados U7, U8, U10 y después del endurecimiento para todos los aceros estudiados). Para sacar conclusiones: - sobre el efecto del endurecimiento de un grado de acero sobre la dureza y sobre el efecto del contenido de carbono sobre la dureza del acero templado. TAREA 3. Estudio del efecto de la temperatura de revenido sobre la dureza del acero templado. Apague tres muestras de acero del mismo grado. Mida la dureza de cada muestra antes y después del endurecimiento. Realizar el revenido de las muestras endurecidas a una temperatura de los primeros 200 C, los segundos C, los terceros C. El tiempo de calentamiento y mantenimiento es de 30 min. Mida la dureza después del revenido. Con base en los datos obtenidos, construya un gráfico de la dependencia de la dureza con la temperatura de revenido. Sacar conclusiones: -sobre el efecto de la temperatura de revenido del acero templado sobre la dureza; -después del templado a qué temperatura se alcanza la dureza más alta y más baja del acero investigado. De acuerdo con los datos obtenidos en el tablero, se grafican las dependencias de la dureza HB en factores variables: contenido de carbono en el acero; velocidad de enfriamiento durante el tratamiento térmico; temperaturas de templado

10 muestras endurecidas. Para ello, cada alumno marca puntos experimentales en las coordenadas correspondientes. Además, los estudiantes en las asignaciones formulan conclusiones, que se registran en el informe. Los hallazgos en el informe de cada estudiante se dan para las tres asignaciones. 4. CONTENIDO DEL INFORME Los resultados del trabajo realizado se recogen en un informe, que deberá contener los siguientes apartados: 1. Objeto del trabajo. 2. Equipos, dispositivos y materiales utilizados en la realización del trabajo. 3. Disposiciones teóricas: el concepto de tratamiento térmico, tipos típicos de tratamiento térmico preliminar y final de aceros estructurales, programas de tratamiento térmico. 4. Metodología del trabajo y resultados obtenidos. Tarea de tratamiento térmico, grado de acero, tipo de tratamiento térmico, selección del modo de tratamiento térmico, tabla de resultados para toda la tarea. Tres gráficos de la dependencia de la dureza de los factores estudiados para todas las tareas. 5. Conclusiones sobre el trabajo. Al final de la lección, el docente, a través de un interrogatorio oral, verifica la asimilación de conocimientos sobre preguntas para el autoexamen. Los informes completos son verificados y firmados por el maestro. 5. PREGUNTAS DE PREPARACIÓN PARA EL TRABAJO Y AUTOCOMPROBACIÓN 1. El concepto de tratamiento térmico. 2. ¿Cuáles son los principales tipos de tratamiento térmico que se utilizan en la ingeniería mecánica? 3. ¿Cuál es el efecto del recocido completo y el temple y revenido completos sobre las propiedades mecánicas del acero estructural? 4. ¿Qué hornos se utilizan para el tratamiento térmico en un laboratorio de ciencia de materiales? 5. ¿Para qué se utilizan los potenciómetros? 6. El concepto de dureza de los materiales. 7. ¿Cómo se determina la temperatura de calentamiento durante el temple y el recocido? 8. ¿Qué tipo de medio refrigerante se utiliza para normalizar el recocido? LITERATURA RECOMENDADA Principal: Fetisov, G.P. Ciencia de los materiales y tecnología de los metales: libro de texto. para estudiantes de construcción de maquinaria. especialista. universidades / G.P. Fetisov, M.G. Karpman, V.M. Matyushin; ed. G.P. Fetisov. 3ª ed., Rev. y añadir. M.: Más alto. shk., pág. Adicional: Arzamasov, B.N. Ciencia de los materiales: libro de texto. para universidades / B.N. Arzamasov y otros; debajo del total. ed. B.N. Arzamasova, G.G. Mukhina. 7ª ed., Estereotipo. M.: Editorial de MSTU im. NORDESTE. Bauman, pág.

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SUCURSAL PERMANENTE

E.A . Sazonova

CIENCIA DE LOS MATERIALES

RECOGIDA DE OBRAS PRÁCTICAS Y DE LABORATORIO

26.02.06 "Funcionamiento del equipo eléctrico y del equipo de automatización de buques"

23.02.01 "Organización del transporte y gestión del transporte" (por tipo)

PÉRMICO

2016

Introducción

Las recomendaciones metódicas para la implementación de trabajos de laboratorio y prácticos en la disciplina educativa "Ciencia de los materiales" están destinadas a estudiantes de educación vocacional secundaria en la especialidad 26.02.06 "Operación de equipos eléctricos y equipos de automatización de barcos".

Este manual metodológico brinda instrucciones sobre cómo realizar trabajos prácticos y de laboratorio en los temas de la disciplina, indica los temas y contenido del trabajo de laboratorio y prácticas, formularios de control para cada tema y literatura recomendada.

Como resultado de dominar esta disciplina académica, el estudiante debe poder:

˗ realizar pruebas mecánicas en muestras de materiales;

˗ utilizar métodos fisicoquímicos para el estudio de los metales;

˗ utilizar tablas de referencia para determinar las propiedades del material;

˗ elegir materiales para actividades profesionales.

Como resultado del dominio de esta disciplina académica, el alumno debe saber:

˗ propiedades básicas y clasificación de los materiales utilizados en actividades profesionales;

˗ nombre, marcado, propiedades del material procesado;

˗ reglas para el uso de lubricantes y materiales refrigerantes;

˗ información básica sobre metales y aleaciones;

˗ información básica sobre acolchado, no metálico,

Sellado y materiales eléctricos, acero, su clasificación.

El trabajo de laboratorio y práctico ayudará a formar habilidades de trabajo práctico, competencias profesionales. Se incluyen en la estructura del estudio de la disciplina "Ciencia de los Materiales", una vez estudiado el tema: 1.1. "Información básica sobre metales y aleaciones", 1.2 "Aleaciones de hierro-carbono", 1.3 "Metales no ferrosos y aleaciones".

El trabajo de laboratorio y práctico es un elemento de la disciplina académica y se evalúa de acuerdo con los criterios que se presentan a continuación:

Un estudiante recibe una calificación de "5" si:

˗ el tema del trabajo corresponde al dado, el estudiante muestra conocimientos y habilidades sistémicos y completos sobre este tema;

˗ el trabajo se enmarca de acuerdo con las recomendaciones del profesor;

˗ la cantidad de trabajo corresponde a lo dado;

˗ el trabajo se realizó exactamente en el tiempo especificado por el profesor.

Se le da una calificación de "4" a un estudiante si:

˗ el tema del trabajo corresponde al dado, el alumno comete ligeras inexactitudes o algunos errores en esta materia;

˗ la obra está enmarcada con imprecisiones en el diseño;

˗ la cantidad de trabajo corresponde al dado o un poco menos;

˗ el trabajo se completó dentro del tiempo especificado por el maestro, o más tarde, pero no más de 1-2 días.

Se le da un grado "3" a un estudiante si:

˗ el tema del trabajo corresponde al dado, pero el trabajo carece de elementos significativos en cuanto al contenido del trabajo o el tema se presenta de manera ilógica, el contenido principal del tema no se presenta con claridad;

˗ el trabajo está enmarcado con errores de diseño;

˗ la cantidad de trabajo es mucho menor que la especificada;

˗ la obra se entregó con un retraso de 5-6 días.

Se le da un grado "2" a un estudiante si:

˗ no se ha divulgado el tema principal del trabajo;

˗ el trabajo no está enmarcado de acuerdo con los requisitos del maestro;

˗ el volumen de trabajo no corresponde al especificado;

˗ la obra se entregó con un retraso de más de 7 días.

El trabajo de laboratorio y prácticas en su contenido tiene una determinada estructura, proponemos considerarlo: el curso de trabajo se da al inicio de cada trabajo práctico y de laboratorio; al realizar trabajos prácticos, los estudiantes realizan la tarea que se indica al final del trabajo (ítem "Asignación para estudiantes"); al realizar trabajos de laboratorio, se elabora un informe sobre su implementación, el contenido del informe se indica al final del trabajo de laboratorio (párrafo "Contenido del informe").

Al realizar trabajos de laboratorio y prácticos, los estudiantes siguen ciertas reglas, considérelas a continuación: el trabajo de laboratorio y práctico se realiza durante las sesiones de capacitación; se permite el diseño final de laboratorio y trabajos prácticos a domicilio; se permite el uso de literatura adicional al realizar trabajos prácticos y de laboratorio; Antes de realizar labores de laboratorio y prácticas, es necesario estudiar las disposiciones teóricas básicas sobre el tema en cuestión.

Trabajo práctico No. 1

"Propiedades físicas de los metales y métodos de su estudio"

Objetivo : estudiar las propiedades físicas de los metales, métodos de su determinación.

Progreso:

Parte teórica

Las propiedades físicas incluyen: densidad, fusión (punto de fusión), conductividad térmica, expansión térmica.

La densidad es la cantidad de sustancia contenida en una unidad de volumen. Ésta es una de las características más importantes de los metales y las aleaciones. Por densidad, los metales se dividen en los siguientes grupos:pulmones (densidad no más de 5 g / cm 3 ) - magnesio, aluminio, titanio, etc.pesado - (densidad de 5 a 10 g / cm 3 ) - hierro, níquel, cobre, zinc, estaño, etc. (este es el grupo más extenso);muy pesado (densidad superior a 10 g / cm 3 ) - molibdeno, tungsteno, oro, plomo, etc. La tabla 1 muestra los valores de densidad de los metales.

tabla 1

Densidad de metales

El punto de fusión es la temperatura a la que un metal pasa de un estado cristalino (sólido) a un estado líquido con la absorción de calor.

Los puntos de fusión de los metales oscilan entre -39 ° C (mercurio) y 3410 ° C (tungsteno). La mayoría de los metales (excepto los álcalis) tienen un alto punto de fusión, pero algunos metales "normales" como el estaño y el plomo pueden fundirse en una estufa eléctrica o de gas convencional.

Dependiendo del punto de fusión, el metal se divide en los siguientes grupos:fusible (el punto de fusión no supera los 600 o C) - zinc, estaño, plomo, bismuto, etc .;fusión media (desde 600 o Desde hasta 1600 o C) - incluyen casi la mitad de los metales, incluidos magnesio, aluminio, hierro, níquel, cobre, oro;refractario (más de 1600 o C) - tungsteno, molibdeno, titanio, cromo, etc. Cuando se introducen aditivos en el metal, el punto de fusión, por regla general, disminuye.

Tabla 2

Puntos de fusión y ebullición de los metales.

Conductividad térmica: la capacidad de un metal para conducir el calor a una velocidad u otra cuando se calienta.

La conductividad eléctrica es la capacidad de un metal para conducir corriente eléctrica.

Expansión térmica: la capacidad de un metal para expandir su volumen cuando se calienta.

La superficie lisa de los metales refleja un gran porcentaje de luz, un fenómeno llamado brillo metálico. Sin embargo, cuando se pulverizan, la mayoría de los metales pierden su brillo; el aluminio y el magnesio, sin embargo, conservan su brillo en polvo. El aluminio, la plata y el paladio son los que mejor reflejan la luz: los espejos están hechos de estos metales. El rodio también se utiliza en ocasiones para la fabricación de espejos, a pesar de su altísimo precio: debido a su dureza y resistencia química mucho más elevadas que la plata o incluso el paladio, la capa de rodio puede ser mucho más fina que la de plata.

Métodos de investigación en ciencia de materiales.

Los principales métodos de investigación en ciencia de los metales y ciencia de los materiales son: fractura, macroestructura, microestructura, microscopía electrónica, métodos de investigación de rayos X. Considere sus características con más detalle.

1. Kink: la forma más sencilla y asequible de evaluar la estructura interna de los metales. El método para evaluar fracturas, a pesar de su aparente aspereza al evaluar la calidad del material, se utiliza con bastante frecuencia en diversas industrias e investigaciones científicas. La evaluación de la fractura puede caracterizar en muchos casos la calidad del material.

La fractura puede ser cristalina o amorfa. La fractura amorfa es característica de materiales que no tienen una estructura cristalina, como el vidrio, la colofonia y las escorias vítreas.

Las aleaciones metálicas, incluidos el acero, el hierro fundido, el aluminio, las aleaciones de magnesio, el zinc y sus aleaciones, producen una fractura granular y cristalina.

Cada cara de una fractura cristalina es un plano de corte de un grano individual. Por lo tanto, la torcedura nos muestra el tamaño de grano del metal. Al estudiar la fractura del acero, se puede ver que el tamaño de grano puede variar en un rango muy amplio: desde unos pocos centímetros en acero fundido, enfriado lentamente, hasta milésimas de milímetro en acero debidamente forjado y templado. Dependiendo del tamaño de grano, la fractura puede ser cristalina gruesa y cristalina fina. Por lo general, una fina fractura cristalina corresponde a una mayor calidad de la aleación de metal.

Si la destrucción de la muestra de ensayo continúa con la deformación plástica anterior, los granos en el plano de fractura se deforman y la fractura ya no refleja la estructura cristalina interna del metal; en este caso, la fractura se denomina fibrosa. A menudo, en una muestra, dependiendo del nivel de su plasticidad, puede haber áreas fibrosas y cristalinas en la fractura. A menudo, la calidad del metal se evalúa mediante la relación del área de fractura ocupada por las regiones cristalinas en determinadas condiciones de prueba.

La fractura de cristales frágiles puede resultar de la fractura a lo largo de los límites de los granos o a lo largo de los planos de deslizamiento que cruzan los granos. En el primer caso, la fractura se denomina intercristalina, en el segundo, transcristalina. A veces, especialmente con granos muy finos, es difícil determinar la naturaleza de la fractura. En este caso, la fractura se examina con una lupa o un microscopio binocular.

Recientemente, la rama de la metalurgia se ha desarrollado en el estudio fractográfico de fracturas en microscopios metalográficos y electrónicos. Al mismo tiempo, encuentran nuevas ventajas del antiguo método de investigación en metalurgia: estudios de fracturas, aplicando los conceptos de dimensiones fractales a dichos estudios.

2. Macroestructura: es el siguiente método para estudiar metales. La investigación macroestructural consiste en estudiar el plano de la sección de un producto o muestra en la dirección longitudinal, transversal o cualquier otra después del grabado, sin el uso de dispositivos de aumento o usando una lupa. La ventaja de la investigación macroestructural es el hecho de que con este método es posible estudiar la estructura de un lingote o fundición completa, forja, estampación, etc. Con este método de investigación, es posible detectar defectos metálicos internos: burbujas, huecos, grietas, inclusiones de escoria, investigar la estructura cristalina de la fundición, estudiar la falta de homogeneidad de cristalización del lingote y su falta de homogeneidad química (licuación).

Usando impresiones de azufre de macrosecciones en papel fotográfico según Bauman, se determina la distribución desigual del azufre sobre la sección de lingotes. Este método de investigación es de gran importancia en el estudio de los espacios en blanco forjados o estampados para determinar la dirección correcta de las fibras en el metal.

3. La microestructura - uno de los principales métodos en metalurgia - es el estudio de la microestructura de un metal en microscopios metalográficos y electrónicos.

Este método permite estudiar la microestructura de los objetos metálicos con grandes aumentos: de 50 a 2000 veces en un microscopio óptico metalográfico y de 2 a 200 mil veces en un microscopio electrónico. El estudio de la microestructura se realiza sobre secciones pulidas. La presencia de inclusiones no metálicas, como óxidos, sulfuros, pequeñas inclusiones de escoria y otras inclusiones, que son marcadamente diferentes de la naturaleza del metal base, se estudia en secciones delgadas no grabadas.

La microestructura de metales y aleaciones se estudia en secciones grabadas. El grabado se realiza generalmente con ácidos débiles, álcalis u otras soluciones, dependiendo de la naturaleza del metal en la sección. El efecto del grabado es que disuelve diferentes componentes estructurales de diferentes formas, pintándolos en diferentes tonos o colores. Los límites de grano que difieren de la solución de base tienen un grabado generalmente diferente al de la base y se destacan en la sección delgada en forma de líneas oscuras o claras.

Los poliedros de granos visibles al microscopio son secciones de granos por la superficie de una sección delgada. Dado que esta sección es aleatoria y puede correr a diferentes distancias desde el centro de cada grano individual, la diferencia en los tamaños de los poliedros no corresponde a las diferencias reales en los tamaños de los granos. Los granos más grandes son los más cercanos al tamaño de grano real.

Cuando se graba una muestra que consta de granos cristalinos homogéneos, por ejemplo, un metal puro, una solución sólida homogénea, etc., a menudo se observan superficies grabadas de diferentes granos de diferentes granos.

Este fenómeno se explica por el hecho de que en la superficie de la microsección emergen granos con diferentes orientaciones cristalográficas, por lo que el grado de acción del ácido sobre estos granos es diferente. Algunos granos se ven brillantes, otros están fuertemente grabados y oscurecidos. Este oscurecimiento se debe a la formación de varios patrones de grabado que reflejan los rayos de luz de diferentes maneras. En el caso de las aleaciones, los componentes estructurales individuales forman un microrrelieve en la superficie de una sección delgada, que tiene áreas con diferentes pendientes de superficies individuales.

Las áreas normales reflejan la mayor cantidad de luz y son las más brillantes. Otras áreas son más oscuras. A menudo, el contraste en la imagen de la estructura del grano no está asociado con la estructura de la superficie del grano, sino con el relieve en los límites del grano. Además, diferentes tonos de componentes estructurales pueden resultar de la formación de películas formadas por la interacción del grabador con los componentes estructurales.

Con la ayuda de la investigación metalográfica, es posible llevar a cabo una identificación cualitativa de los componentes estructurales de las aleaciones y un estudio cuantitativo de las microestructuras de metales y aleaciones, en primer lugar, en comparación con los microcomponentes de estructuras estudiados conocidos y, en segundo lugar, mediante métodos especiales de metalografía cuantitativa.

Se determina el tamaño de grano. Por el método de evaluación visual, que consiste en el hecho de que la microestructura considerada se estima aproximadamente por los puntos de escalas estándar de acuerdo con GOST 5639-68, GOST 5640-68. Según las tablas correspondientes, para cada punto se determina el área de un grano y el número de granos por 1 mm. 2 y en 1 mm 3 .

Calculando el número de granos por unidad de superficie de una sección delgada de acuerdo con las fórmulas adecuadas. Si S es el área sobre la que se cuenta el número de granos n, y M es el aumento del microscopio, entonces el tamaño de grano promedio en la sección de la superficie de la sección delgada

Determinación de la composición de las fases. La composición de fases de la aleación a menudo se evalúa visualmente o comparando la estructura con escalas estándar.

Se puede realizar un método aproximado para la determinación cuantitativa de la composición de fase mediante el método de la secante con el cálculo de la longitud de los segmentos ocupados por diferentes componentes estructurales. La proporción de estos segmentos corresponde al contenido volumétrico de los componentes individuales.

Método de puntos A.A. Glagoleva. Este método se lleva a cabo estimando el número de puntos (puntos de intersección de la rejilla del ocular del microscopio) que caen sobre la superficie de cada componente estructural. Además, el método de metalografía cuantitativa produce: determinación del tamaño de la interfaz entre fases y granos; determinación del número de partículas en el volumen; determinación de la orientación del grano en muestras policristalinas.

4. Microscopía electrónica. El microscopio electrónico ha encontrado recientemente una gran importancia en la investigación metalográfica. Sin duda, le pertenece un gran futuro. Si la resolución de un microscopio óptico alcanza 0,00015 mm = 1500 A, entonces la resolución de los microscopios electrónicos alcanza los 5-10 A, es decir. varios cientos de veces más que óptico.

Un microscopio electrónico se utiliza para estudiar películas delgadas (réplicas) tomadas de la superficie de una sección delgada o estudiar directamente películas delgadas de metal obtenidas al diluir una muestra masiva.

Lo que más necesita del uso de la microscopía electrónica es el estudio de los procesos asociados con la liberación de fases en exceso, por ejemplo, la descomposición de soluciones sólidas sobresaturadas durante el envejecimiento térmico o por deformación.

5. Métodos de investigación de rayos X. Uno de los métodos más importantes para establecer la estructura cristalográfica de varios metales y aleaciones es el análisis de difracción de rayos X. Este método de investigación permite determinar la naturaleza de la disposición mutua de los átomos en los cuerpos cristalinos, es decir, resolver un problema que no es accesible ni para un microscopio convencional ni para un microscopio electrónico.

El análisis estructural de rayos X se basa en la interacción entre los rayos X y los átomos del cuerpo investigado que se interponen en su camino, gracias a lo cual estos últimos se convierten, por así decirlo, en nuevas fuentes de rayos X, siendo los centros de su dispersión. .

La dispersión de los rayos por los átomos se puede comparar con el reflejo de estos rayos desde los planos atómicos de un cristal de acuerdo con las leyes de la óptica geométrica.

Los rayos X se reflejan no solo desde los planos que se encuentran en la superficie, sino también desde los profundos. Reflejando desde varios planos igualmente orientados, el haz reflejado se amplifica. Cada plano de la red cristalina da su propio haz de ondas reflejadas. Habiendo recibido una cierta alternancia de haces reflejados de rayos X en ciertos ángulos, se calcula la distancia interplanar, los índices cristalográficos de los planos reflectantes y, en última instancia, la forma y el tamaño de la red cristalina.

Parte practica

Contenido del informe.

1. Es necesario indicar el título y propósito del trabajo en el informe.

2. Enumere las propiedades físicas básicas de los metales (con definiciones).

3. Registre las tablas 1-2 en el cuaderno. Saca conclusiones de las tablas.

4. Complete la tabla: "Métodos básicos de investigación en ciencia de materiales".

Rayos X

Métodos de búsqueda

Trabajo práctico número 2

Tema: "Exploración de diagramas de estado"

Objetivo: familiarización de los estudiantes con los principales tipos de diagramas de estado, sus líneas principales, puntos, su significado.

Progreso:

1. Aprenda la parte teórica.

Parte teórica

El diagrama de estado es una representación gráfica del estado de cualquier aleación del sistema en estudio en función de la concentración y la temperatura (ver Fig.1).

Fig.1 Diagrama de estado

Los diagramas de estado muestran estados estacionarios, es decir establece que bajo condiciones dadas tiene un mínimo de energía libre, y por lo tanto también se le llama diagrama de equilibrio, ya que muestra qué fases de equilibrio existen bajo condiciones dadas.

Los diagramas de estado se construyen con mayor frecuencia mediante análisis térmico. Como resultado, se obtiene una serie de curvas de enfriamiento, en las que se observan puntos de inflexión y paradas de temperatura a las temperaturas de las transformaciones de fase.

Las temperaturas correspondientes a las transformaciones de fase se denominan puntos críticos. Algunos puntos críticos tienen nombres, por ejemplo, los puntos correspondientes al comienzo de la cristalización se denominan puntos liquidus y el final de la cristalización se llama puntos solidus.

Las curvas de enfriamiento se utilizan para construir un diagrama de la composición en las coordenadas: la abscisa es la concentración de los componentes, la ordenada es la temperatura. La escala de concentración muestra el contenido del componente B. Las líneas principales son las líneas liquidus (1) y solidus (2), así como las líneas correspondientes a las transformaciones de fase en el estado sólido (3, 4).

El diagrama de fase se puede utilizar para determinar las temperaturas de las transformaciones de fase, el cambio en la composición de la fase, aproximadamente, las propiedades de la aleación, los tipos de procesamiento que se pueden aplicar a la aleación.

A continuación se muestran los diferentes tipos de diagramas de estado:

Figura 2. Diagrama de estado de aleaciones con solubilidad ilimitada.

componentes en estado sólido (a); curvas de enfriamiento de típicas

aleaciones (b)

Análisis del diagrama resultante (Fig. 2).

1. Número de componentes: K = 2 (componentes A y B).

2. Número de fases: f = 2 (fase líquida L, cristales de solución sólida)

3. Las líneas principales del diagrama:

acb - línea liquidus, por encima de esta línea las aleaciones están en estado líquido;

adb - línea de solidus, debajo de esta línea las aleaciones están en estado sólido.

Fig. 3. Diagrama de estado de las aleaciones sin solubilidad de los componentes en estado sólido (a) y curvas de enfriamiento de las aleaciones (b)

Análisis del diagrama de estados (Fig. 3).

1. Número de componentes: K = 2(componentes A y B);

2. Número de fases: f = 3(cristales del componente A, cristales del componente B, fase líquida).

3. Las líneas principales del diagrama:

la línea sólida ecf, paralela al eje de concentración, tiende a los ejes de los componentes, pero no los alcanza;

Arroz. 4. Diagrama de estado de aleaciones con solubilidad limitada de componentes en estado sólido (a) y curvas de enfriamiento de aleaciones típicas (b)

Análisis del diagrama de estados (Fig. 4).

1. Número de componentes: K = 2 (componentes A y B);

2. Número de fases: f = 3 (fase líquida y cristales de soluciones sólidas (solución del componente B en el componente A) y (solución del componente A en el componente B));

3. Las líneas principales del diagrama:

línea liquidus acb, consta de dos ramales que convergen en un punto;

solidus line adcfb, consta de tres secciones;

dm es la línea de la concentración límite del componente B en el componente A;

fn es la línea de la concentración límite del componente A en el componente B.

Parte practica

Tarea para estudiantes:

1. Escriba el título del trabajo y su propósito.

2. Escriba qué es un diagrama de estado.

Responde a las preguntas:

1. ¿Cómo se construye el diagrama de estados?

2. ¿Qué se puede determinar a partir del diagrama de estados?

3. ¿Cuáles son los nombres de los puntos principales del diagrama?

4. ¿Qué se indica en la tabla a lo largo de la abscisa? Eje Y?

5. ¿Cómo se llaman las líneas principales del diagrama?

Asignación por opciones:

Los estudiantes responden las mismas preguntas, las imágenes que deben responderse son diferentes. La opción 1 da respuestas a la Figura 2, la Opción 2 da respuestas a la Figura 3, la Opción 3 da respuestas a la Figura 4. El dibujo debe registrarse en un cuaderno.

1. ¿Cómo se llama el diagrama?

2. ¿Cuáles son los componentes involucrados en la formación de la aleación?

3. ¿Qué letras representan las líneas principales del diagrama?

Trabajo práctico número 3

Tema: "Estudiar hierros fundidos"

Objetivo: familiarización de los estudiantes con el marcado y alcance de los hierros fundidos; la formación de la capacidad de descifrar los grados de hierro fundido.

Progreso:

Parte teórica

El hierro fundido se diferencia del acero: en composición: un mayor contenido de carbono e impurezas; en términos de propiedades tecnológicas: propiedades de fundición más altas, baja capacidad de deformación plástica, casi nunca se usa en estructuras soldadas.

Dependiendo del estado del carbono en el hierro fundido, se distinguen: hierro fundido blanco - carbón en estado ligado en forma de cementita, en una fractura tiene un color blanco y un brillo metálico; Hierro fundido gris: todo o la mayor parte del carbono se encuentra en estado libre en forma de grafito y no más del 0,8% del carbono está en estado unido. Debido a la gran cantidad de grafito, su fractura es de color gris; la mitad del carbono está en estado libre en forma de grafito, pero al menos el 2% del carbono está en forma de cementita. Se utiliza poco en tecnología.

Dependiendo de la forma del grafito y las condiciones de su formación, se distinguen los siguientes grupos de hierros fundidos: gris - con grafito laminar; alta resistencia - con grafito esferoidal; maleable - con grafito escamoso.

Las inclusiones de grafito pueden considerarse los correspondientes huecos en la estructura de hierro fundido. Las tensiones se concentran cerca de tales defectos durante la carga, cuyo valor es mayor, más agudo es el defecto. De ahí se deduce que las inclusiones de grafito laminar ablandan el metal al máximo. La forma escamosa es más favorable y la forma esférica del grafito es óptima. La plasticidad depende de la forma de la misma manera. La presencia de grafito reduce drásticamente la resistencia en el caso de métodos de carga rígidos: impacto; descanso. La resistencia a la compresión disminuye ligeramente.

Hierros fundidos grises

El hierro fundido gris se usa ampliamente en la ingeniería mecánica, ya que es fácil de procesar y tiene buenas propiedades. Dependiendo de la resistencia, el hierro fundido gris se subdivide en 10 grados (GOST 1412).

Los hierros fundidos grises con baja resistencia a la tracción tienen una resistencia a la compresión suficientemente alta. La estructura de la base metálica depende de la cantidad de carbono y silicio.

Dada la baja resistencia de las piezas fundidas de fundición gris a las cargas de tracción y choque, este material debe utilizarse para piezas sometidas a cargas de compresión o flexión. En la construcción de máquinas herramienta, estos son básicos, partes del cuerpo, soportes, ruedas dentadas, guías; en la industria del automóvil: bloques de cilindros, segmentos de pistón, árboles de levas, discos de embrague. Las piezas de fundición de hierro gris también se utilizan en ingeniería eléctrica, para la fabricación de bienes de consumo.

Marcado de fundiciones grises: indicado por el índice СЧ (fundición gris) y un número que indica el valor de la resistencia a la tracción multiplicado por 10 -1 .

Por ejemplo: SCH 10 - fundición gris, resistencia a la tracción 100 MPa.

Hierro fundido maleable

Se garantizan buenas propiedades en las piezas fundidas si durante la cristalización y el enfriamiento de las piezas fundidas no se produce el proceso de grafitización en el molde. Para evitar la grafitización, los hierros colados deben tener un contenido reducido de carbono y silicio.

Hay 7 grados de hierro fundido maleable: tres con una base ferrítica (KCH 30 - 6) y cuatro con una base de perlita (KCH 65 - 3) (GOST 1215).

En términos de propiedades mecánicas y tecnológicas, el hierro dúctil ocupa una posición intermedia entre el hierro gris y el acero. La desventaja del hierro dúctil en comparación con la alta resistencia es la limitación del grosor de la pared para la fundición y la necesidad de recocido.

Las piezas de fundición de hierro dúctil se utilizan para piezas que funcionan bajo cargas de choque y vibración.

Los hierros fundidos ferríticos se utilizan para fabricar carcasas de cajas de engranajes, cubos, ganchos, soportes, abrazaderas, acoplamientos y bridas.

De hierro fundido perlítico, caracterizado por alta resistencia, suficiente ductilidad, horquillas de eje de hélice, eslabones y rodillos de cadenas transportadoras, se fabrican pastillas de freno.

Marcado de hierro maleable: designado por el índice KCH (hierro maleable) y números. El primer número es la resistencia a la tracción multiplicada por 10 -1 , el segundo número es el alargamiento.

Por ejemplo: KCH 30-6 - hierro fundido maleable, resistencia a la tracción 300 MPa, alargamiento del 6%.

Hierro dúctil

Estos hierros colados se obtienen de los grises, como resultado de la modificación con magnesio o cerio. En comparación con las fundiciones grises, las propiedades mecánicas mejoran, esto se debe a la ausencia de distribución desigual de la tensión debido a la forma esferoidal del grafito.

Estos hierros fundidos tienen una gran fluidez, la contracción lineal es de aproximadamente el 1%. Las tensiones de fundición en las piezas fundidas son ligeramente más altas que las de la fundición gris. Debido al alto módulo de elasticidad, la maquinabilidad es bastante alta. Tienen una soldabilidad satisfactoria.

El hierro fundido de alta resistencia se utiliza para fabricar piezas de fundición de paredes delgadas (anillos de pistón), martillos de forja, bancadas y marcos de prensas y laminadores, moldes, portaherramientas, placas frontales.

Las piezas de fundición de cigüeñales que pesan hasta 2-3 toneladas, en lugar de ejes forjados de acero, tienen una viscosidad cíclica más alta, son insensibles a los concentradores de esfuerzos externos, tienen mejores propiedades antifricción y son mucho más económicas.

Designación de hierro dúctil: indicado por el índice VCh (hierro dúctil) y un número que indica el valor de la resistencia a la tracción, multiplicado por 10 -1 .

Por ejemplo: VCh 50: hierro fundido de alta resistencia con una resistencia a la tracción de 500 MPa.

Parte practica

Tarea para estudiantes:

1. Escriba el título de la obra, su finalidad.

2. Describe la producción de arrabio.

3.Rellena la tabla:

3.alta resistencia

hierros fundidos

Trabajo práctico número 4

Tema: "Estudio de aceros estructurales al carbono y aleados"

Objetivo:

Progreso:

1. Familiarícese con la parte teórica.

2. Completar las tareas de la parte práctica.

Parte teórica

El acero es una aleación de hierro con carbono, en la que el carbono está contenido en una cantidad de 0-2,14%. Los aceros son los materiales más comunes. Tienen buenas propiedades de procesamiento. Los productos se obtienen como resultado del procesamiento por presión y corte.

Calidad según el contenido de impurezas nocivas: el acero con azufre y fósforo se divide en acero:

˗ Calidad ordinaria, contenido hasta 0,06% de azufre y hasta 0,07% de fósforo.

˗ Alta calidad: hasta 0,035% de azufre y fósforo, cada uno por separado.

˗ Alta calidad: hasta 0,025% de azufre y fósforo.

˗ Especialmente alta calidad, hasta 0,025% de fósforo y hasta 0,015% de azufre.

La desoxidación es el proceso de remoción de oxígeno del acero, es decir, según el grado de su desoxidación, existen: aceros tranquilos, es decir, completamente desoxidados; dichos aceros se designan con las letras "cn" al final de la marca (a veces se omiten las letras); aceros hirviendo - ligeramente desoxidados; marcado con las letras "kp"; aceros semilenciosos que ocupan una posición intermedia entre los dos anteriores; denotado por las letras "ps".

El acero de calidad ordinaria también se subdivide en 3 grupos según los suministros: el acero del grupo A se suministra a los consumidores según sus propiedades mecánicas (dicho acero puede tener un mayor contenido de azufre o fósforo); acero del grupo B - por composición química; acero del grupo B - con propiedades mecánicas y composición química garantizadas.

Los aceros estructurales están destinados a la fabricación de estructuras, piezas de máquinas y dispositivos.

Entonces, en Rusia y en los países de la CEI (Ucrania, Kazajstán, Bielorrusia, etc.), se adoptó un sistema alfanumérico para designar grados y aleaciones de acero, desarrollado anteriormente en la URSS, donde, según GOST, las letras denotan convencionalmente los nombres de elementos y métodos de fundición de acero, y números: los elementos de contenido. Hasta ahora, las organizaciones internacionales de normalización no han desarrollado un sistema de marcado de acero unificado.

Marcado de aceros al carbono estructurales

calidad ordinaria

˗ Designado de acuerdo con GOST 380-94 con las letras "St" y el número de marca condicional (de 0 a 6), según la composición química y las propiedades mecánicas.

˗ Cuanto mayor sea el contenido de carbono y las propiedades de resistencia del acero, mayor será su número.

˗ La letra "G" después del número de grado indica un mayor contenido de manganeso en el acero.

˗ El grupo de acero se indica delante del grado y el grupo "A" no se coloca en la designación del grado de acero.

˗ Para indicar la categoría de acero, se agrega un número al final correspondiente a la categoría a la designación de la marca, la primera categoría generalmente no se indica.

Por ejemplo:

˗ St1kp2 - acero al carbono de calidad ordinaria, hirviendo, grado No. 1, segunda categoría, suministrado a los consumidores por propiedades mecánicas (grupo A);

˗ ВСт5Г - acero al carbono de calidad ordinaria con un alto contenido de manganeso, tranquilo, grado No. 5, primera categoría con propiedades mecánicas y composición química garantizadas (grupo B);

˗ ВСт0 - acero al carbono de calidad ordinaria, número de grado 0, grupo B, primera categoría (los grados de acero St0 y Bst0 no se dividen según el grado de desoxidación).

Marcado de aceros al carbono estructurales de calidad

˗ De acuerdo con GOST 1050-88, estos aceros están marcados con números de dos dígitos que muestran el contenido promedio de carbono en centésimas de porcentaje: 05; 08; 10; 25; 40, 45, etc.

˗ Para aceros inactivos, no se agregan letras al final de sus nombres.

Por ejemplo, 08kp, 10ps, 15, 18kp, 20, etc.

˗ La letra G en un grado de acero indica un alto contenido de manganeso.

Por ejemplo: 14G, 18G, etc.

˗ El grupo más común para la fabricación de piezas de máquinas (ejes, ejes, casquillos, ruedas dentadas, etc.)

Por ejemplo:

˗ 10 - acero estructural con calidad de carbono, con un contenido de carbono de aproximadamente 0,1%, tranquilo

˗ 45 - acero estructural con calidad de carbono, con un contenido de carbono de aproximadamente 0,45%, tranquilo

˗ 18 kp - acero al carbono estructural de alta calidad con un contenido de carbono de aproximadamente 0,18%, hirviendo

˗ 14G - acero estructural de calidad al carbono con un contenido de carbono de aproximadamente 0,14%, tranquilo, con un alto contenido de manganeso.

Marcado de aceros estructurales aleados

˗ De acuerdo con GOST 4543-71, los nombres de dichos aceros consisten en números y letras.

˗ Los primeros dígitos de la marca indican el contenido medio de carbono del acero en centésimas de porcentaje.

˗ Las letras indican los principales elementos de aleación incluidos en el acero.

˗ Los números después de cada letra indican el porcentaje aproximado del elemento correspondiente, redondeado al número entero más cercano, con el contenido del elemento de aleación hasta 1.5%, no se indica la cifra después de la letra correspondiente.

˗ La letra A al final del grado indica que el acero es de alta calidad (con contenido reducido de azufre y fósforo)

˗ H - níquel, X - cromo, K - cobalto, M - molibdeno, B - tungsteno, T - titanio, D - cobre, G - manganeso, C - silicio.

Por ejemplo:

˗ 12X2N4A - acero de aleación estructural, de alta calidad, con un contenido de carbono de aproximadamente 0,12%, cromo aproximadamente 2%, níquel aproximadamente 4%

˗ 40ХН - acero de aleación estructural, con un contenido de carbono de aproximadamente 0,4%, cromo y níquel hasta 1,5%

Marcado de otros grupos de aceros estructurales

Acero para muelles.

˗ La principal característica distintiva de estos aceros es que el contenido de carbono en ellos debe ser de aproximadamente el 0,8% (en este caso, las propiedades elásticas aparecen en los aceros)

˗ Los resortes y resortes están hechos de aceros estructurales al carbono (65,70,75,80) y aleados (65S2, 50HGS, 60S2HFA, 55HGR)

˗ Estos aceros están aleados con elementos que aumentan el límite elástico: silicio, manganeso, cromo, tungsteno, vanadio, boro.

Por ejemplo: 60S2: resorte-resorte de acero al carbono estructural con un contenido de carbono de aproximadamente 0,65%, silicio de aproximadamente 2%.

Aceros para rodamientos de bolas

˗ GOST 801-78 está marcado con las letras "ШХ", después de lo cual el contenido de cromo se indica en décimas de porcentaje.

˗ Para los aceros sometidos a refusión por electroescoria, la letra Ш también se agrega al final de sus nombres, separados por un guión.

Por ejemplo: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

˗ Se utilizan para fabricar piezas para cojinetes, y también se utilizan para la fabricación de piezas que operan bajo cargas elevadas.

Por ejemplo: ШХ15 - acero estructural para rodamientos de bolas con un contenido de carbono del 1%, contenido de cromo del 1,5%

Aceros automáticos

˗ GOST 1414-75 comienzan con la letra A (automático).

˗ Si el acero está aleado con plomo, entonces su nombre comienza con las letras AC.

˗ Para reflejar el contenido de otros elementos en los aceros, se utilizan las mismas reglas que para los aceros estructurales aleados. Por ejemplo: A20, A40G, AS14, AS38HGM

Por ejemplo: АС40 - acero estructural automático, con un contenido de carbono del 0,4%, plomo 0,15-0,3% (no especificado en la marca)

Parte practica

Tarea para estudiantes:

2. Anotar los principales signos de marcado de todos los grupos de aceros estructurales (aceros de calidad ordinaria, aceros de alta calidad, aceros estructurales aleados, aceros para muelles, aceros para rodamientos de bolas, aceros automáticos), con ejemplos.

Asignación por opciones:

Descifre los grados de acero y anote el área de aplicación de una marca en particular (es decir, para qué está destinado a la fabricación)

Trabajo práctico número 5

Tema: "Estudio de aceros para herramientas al carbono y aleados"

Objetivo: familiarización de los estudiantes con el marcado y el campo de aplicación de los aceros estructurales; la formación de la capacidad de descifrar el marcado de aceros estructurales.

Progreso:

1. Familiarícese con la parte teórica.

2. Completar el trabajo de la parte práctica.

Parte teórica

El acero es una aleación de hierro con carbono, en la que el carbono está contenido en una cantidad de 0-2,14%.

Los aceros son los materiales más comunes. Tienen buenas propiedades de procesamiento. Los productos se obtienen como resultado del procesamiento por presión y corte.

La ventaja es la capacidad de obtener el conjunto de propiedades deseado cambiando la composición y el tipo de procesamiento.

Dependiendo de la finalidad, los aceros se dividen en 3 grupos: aceros estructurales, para herramientas y para usos especiales.

La calidad, según el contenido de impurezas nocivas: azufre y fósforo, el acero se subdivide en: acero de calidad ordinaria, el contenido de hasta 0,06% de azufre y hasta 0,07% de fósforo; alta calidad: hasta 0,035% de azufre y fósforo, cada uno por separado; alta calidad: hasta 0.025% de azufre y fósforo; especialmente de alta calidad, hasta 0,025% de fósforo y hasta 0,015% de azufre.

Los aceros para herramientas están diseñados para la fabricación de diversas herramientas, tanto para procesamiento manual como mecánico.

La presencia de una amplia gama de aceros y aleaciones producidos en varios países ha hecho necesaria su identificación, pero hasta ahora no existe un sistema único de marcado de aceros y aleaciones, lo que crea ciertas dificultades para el comercio de metales.

Marcado de aceros al carbono para herramientas

˗ Estos aceros de acuerdo con GOST 1435-90 se dividen en alta calidad y alta calidad.

˗ Los aceros de calidad se designan con la letra U (carbono) y un número que indica el contenido medio de carbono en el acero, en décimas de porcentaje.

Por ejemplo: U7, U8, U9, U10. U7: acero al carbono para herramientas con un contenido de carbono de aproximadamente 0,7%

˗ La letra A se añade a la designación de aceros de alta calidad (U8A, U12A, etc.). Además, la letra G puede estar presente en las designaciones de aceros para herramientas al carbono de alta calidad y de alta calidad, lo que indica un mayor contenido de manganeso en el acero.

Por ejemplo: U8G, U8GA. U8A: acero para herramientas al carbono de alta calidad con un contenido de carbono de aproximadamente 0,8%.

˗ Producir una herramienta para trabajos manuales (cincel, punzón, trazador, etc.), trabajos mecánicos a bajas velocidades (taladros).

Marcado de aceros para herramientas de aleación

˗ Las reglas de designación para aceros aleados para herramientas de acuerdo con GOST 5950-73 son básicamente las mismas que para los aceros aleados estructurales.

La diferencia radica solo en los números que indican la fracción de masa de carbono en el acero.

˗ El porcentaje de carbono también se indica al comienzo del nombre del acero, en décimas de porcentaje, y no en centésimas, como ocurre con los aceros de aleación estructural.

˗ Si en el acero de aleación para herramientas el contenido de carbono es de aproximadamente el 1,0%, normalmente no se indica la cifra correspondiente al principio de su nombre.

Pongamos ejemplos: acero 4X2V5MF, KhVG, KhVCh.

˗ 9Х5ВФ - acero aleado para herramientas, con un contenido de carbono de aproximadamente 0,9%, cromo aproximadamente 5%, vanadio y tungsteno hasta 1%

Marcado de alta aleación (alta velocidad)

aceros para herramientas

˗ Designado con la letra "P", la siguiente figura indica el porcentaje de tungsteno que contiene: A diferencia de los aceros aleados, el porcentaje de cromo no se indica en los nombres de los aceros rápidos, porque es alrededor del 4% en todos los aceros y carbono (es proporcional al contenido de vanadio).

˗ La letra F, que indica la presencia de vanadio, se indica solo si el contenido de vanadio es superior al 2,5%.

Por ejemplo: R6M5, R18, R6 M5F3.

˗ Por lo general, las herramientas de alto rendimiento se fabrican con estos aceros: taladros, fresas, etc. (para reducir el costo, solo la parte de trabajo)

Por ejemplo: R6M5K2 - acero de alta velocidad, con un contenido de carbono de aproximadamente 1%, tungsteno aproximadamente 6%, cromo aproximadamente 4%, vanadio hasta 2,5%, molibdeno aproximadamente 5%, cobalto aproximadamente 2%.

Parte practica

Tarea para estudiantes:

1. Escriba el título de la obra, su finalidad.

2. Escriba los principios básicos para marcar todos los grupos de aceros para herramientas (carbono, aleación, alta aleación).

Asignación por opciones:

1. Descifre los grados de acero y anote el área de aplicación de un grado en particular (es decir, para la fabricación de lo que está destinado).

Trabajo práctico número 6

Tema: "Estudio de aleaciones a base de cobre: ​​latón, bronce"

Objetivo: familiarización de los estudiantes con el marcado y el campo de aplicación de metales no ferrosos: cobre y aleaciones basadas en él: latón y bronce; la formación de la capacidad de descifrar el marcado de latón y bronce.

Recomendaciones para estudiantes:

Progreso:

1. Familiarícese con la parte teórica.

2. Completar el trabajo de la parte práctica.

Parte teórica

Latón

El latón puede contener hasta un 45% de zinc. Un aumento del contenido de zinc al 45% conduce a un aumento de la resistencia última hasta 450 MPa. La ductilidad máxima se produce con un contenido de zinc de aproximadamente el 37%.

Según el método de fabricación de productos, se distinguen latón deformable y de fundición.

El latón deformable está marcado con la letra L, seguido de un número que indica el porcentaje de cobre, por ejemplo, el latón L62 contiene 62% de cobre y 38% de zinc. Si, además del cobre y el zinc, hay otros elementos, entonces se ponen sus letras iniciales (O - estaño, C - plomo, F - hierro, F - fósforo, Mts - manganeso, A - aluminio, C - zinc).

La cantidad de estos elementos se indica mediante los números correspondientes después del número que muestra el contenido de cobre, por ejemplo, la aleación LAZh60-1-1 contiene 60% de cobre, 1% de aluminio, 1% de hierro y 38% de zinc.

Los latón tienen una buena resistencia a la corrosión, que se puede mejorar aún más añadiendo estaño. El latón LO70 -1 es resistente a la corrosión en el agua de mar y se denomina "latón marino". La adición de níquel y hierro aumenta la resistencia mecánica hasta 550 MPa.

Los latón de fundición también están marcados con la letra L, después de la designación de la letra del elemento principal de aleación (zinc) y cada uno posterior, se coloca un número que indica su contenido medio en la aleación. Por ejemplo, el latón LTS23A6ZH3Mts2 contiene 23% de zinc, 6% de aluminio, 3% de hierro y 2% de manganeso. El latón de la marca LTs16K4 posee la mejor fluidez. Los latones fundidos incluyen latones como LS, LK, LA, LAZH, LAZHMts. Los latones de fundición no son propensos a la licuación, tienen contracción concentrada, las piezas fundidas se obtienen con alta densidad.

El latón es un buen material para estructuras que operan a bajas temperaturas.

Bronce

Las aleaciones de cobre con elementos distintos al zinc se denominan bronces. Los bronces se subdividen en forjados y fundidos.

Al marcar bronces deformables, las letras Br se colocan en primer lugar, luego las letras que indican qué elementos, además del cobre, están incluidos en la aleación. Después de las letras hay números que indican el contenido de los componentes del flotador. Por ejemplo, la marca BrOF10-1 significa que el bronce contiene un 10% de estaño, un 1% de fósforo y el resto es cobre.

El marcado de los bronces de fundición también comienza con las letras Br, luego se indican las designaciones de las letras de los elementos de aleación y se coloca un número que indica su contenido medio en la aleación. Por ejemplo, el bronce BrO3Ts12S5 contiene 3% de estaño, 12% de zinc, 5% de plomo, el resto es cobre.

Bronces de estaño Cuando el cobre y el estaño se fusionan, se forman soluciones sólidas. Estas aleaciones son muy propensas a la segregación debido al amplio rango de temperatura de cristalización. Debido a la segregación, las aleaciones con un contenido de estaño superior al 5% son favorables para piezas como cojinetes de deslizamiento: la fase blanda asegura un buen rodaje, las partículas duras crean resistencia al desgaste. Por tanto, los bronces de estaño son buenos materiales antifricción.

Los bronces de estaño tienen una contracción volumétrica baja (alrededor del 0,8%), por lo que se utilizan en fundiciones artísticas. La presencia de fósforo asegura una buena fluidez. Los bronces de estaño se subdividen en forjados y fundidos.

En bronces deformables, el contenido de estaño no debe exceder el 6%, para asegurar la plasticidad necesaria, BrOF6.5-0.15. Dependiendo de la composición, los bronces forjados se distinguen por sus altas propiedades mecánicas, anticorrosión, antifricción y elásticas, y se utilizan en diversas industrias. Barras, tubos, cinta, alambre están hechos de estas aleaciones.

Parte practica

Tarea para estudiantes:

1. Escriba el título y el propósito del trabajo.

2.Rellena la tabla:

Nombre

aleación, su

definición

El principal

propiedades

aleación

Ejemplo

marcas

Descifrado

sellos

Región

solicitud

Trabajo práctico número 7

Tema: "Estudio de aleaciones de aluminio"

Objetivo: familiarización de los estudiantes con el marcado y el campo de aplicación de metales no ferrosos: aluminio y aleaciones basadas en él; Estudio de las características del uso de las aleaciones de aluminio, en función de su composición.

Recomendaciones para estudiantes: Antes de continuar con la parte práctica de la tarea, lea atentamente las disposiciones teóricas, así como las conferencias de su libro de trabajo sobre este tema.

Progreso:

1. Familiarícese con la parte teórica.

2. Completar el trabajo de la parte práctica.

Parte teórica

Principio de marcado de aleaciones de aluminio. Al principio, se indica el tipo de aleación: D - aleaciones del tipo duraluminio; A - aluminio técnico; AK - aleaciones de aluminio forjadas; B - aleaciones de alta resistencia; AL - aleaciones de fundición.

Además, se indica el número condicional de la aleación. El número convencional va seguido de una designación que caracteriza el estado de la aleación: M - blanda (recocida); T - tratado térmicamente (endurecimiento más envejecimiento); H - endurecido; P - semi-estandarizado.

Según sus propiedades tecnológicas, las aleaciones se subdividen en tres grupos: aleaciones forjadas que no se endurecen mediante tratamiento térmico; aleaciones forjadas endurecidas por tratamiento térmico; aleaciones de fundición. Las aleaciones de aluminio sinterizado (SAS) y las aleaciones de polvo de aluminio sinterizado (SAS) se producen mediante métodos de pulvimetalurgia.

Aleaciones de fundición no endurecidas por tratamiento térmico.

La resistencia del aluminio se puede aumentar mediante la aleación. Se agrega manganeso o magnesio a las aleaciones que no se endurecen mediante tratamiento térmico. Los átomos de estos elementos aumentan significativamente su fuerza, reduciendo su ductilidad. Las aleaciones se designan: con manganeso - AMts, con magnesio - AMg; después de la designación del elemento, se indica su contenido (AMg3).

El magnesio actúa solo como endurecedor, el manganeso se endurece y aumenta la resistencia a la corrosión. La resistencia de las aleaciones aumenta solo como resultado de la deformación en frío. Cuanto mayor es el grado de deformación, más aumenta la resistencia y disminuye la plasticidad. Dependiendo del grado de endurecimiento, se distinguen las aleaciones trabajadas en frío y semielaboradas (AMg3P).

Estas aleaciones se utilizan para la fabricación de diversos contenedores soldados para combustibles, ácidos nítricos y otros, estructuras de carga baja y media. Aleaciones forjadas endurecidas por tratamiento térmico.

Estas aleaciones incluyen duraluminio (aleaciones complejas de los sistemas aluminio - cobre - magnesio o aluminio - cobre - magnesio - zinc). Tienen una resistencia a la corrosión reducida, para aumentar el manganeso que se introduce. El duraluminio generalmente se endurece a una temperatura de 500 O C y envejecimiento natural, que está precedido por un período de incubación de dos a tres horas. La fuerza máxima se alcanza después de 4,5 días. El duraluminio se usa ampliamente en la construcción de aviones, automóviles y construcción.

Las aleaciones de envejecimiento de alta resistencia son aleaciones que contienen zinc además de cobre y magnesio. Las aleaciones B95, B96 tienen una resistencia a la tracción de aproximadamente 650 MPa. El principal consumidor es la industria aeronáutica (piel, larguerillos, largueros).

Las aleaciones de aluminio forjado AK, AK8 se utilizan para la fabricación de piezas forjadas. Las forjas se hacen a una temperatura de 380-450. O C, se endurecen a partir de una temperatura de 500-560 O C y envejecimiento a 150-165 O Desde dentro de las 6 horas.

El níquel, el hierro y el titanio se introducen adicionalmente en la composición de las aleaciones de aluminio, que aumentan la temperatura de recristalización y la resistencia al calor hasta 300 O CON.

Se fabrican pistones, álabes y discos de compresores axiales y turborreactores.

Fundición de aleaciones

Las aleaciones de fundición incluyen aleaciones del sistema de aluminio-silicio (siluminas) que contienen 10-13% de silicio. Aditivo al siluminio magnésico, el cobre contribuye al efecto de endurecimiento de las aleaciones de fundición durante el envejecimiento. El titanio y el circonio muelen el grano. El manganeso mejora las propiedades anticorrosivas. El níquel y el hierro aumentan la resistencia al calor.

Las aleaciones de fundición están marcadas de AL2 a AL20. Las siluminas se utilizan ampliamente para la fabricación de piezas fundidas para dispositivos y otras piezas de carga media y ligera, incluidas piezas fundidas de paredes delgadas de formas complejas.

Parte practica

Tarea para estudiantes:

1. Escriba el título y el propósito del trabajo.

2. Complete la tabla:

Nombre

aleación, su

definición

El principal

propiedades

aleación

Ejemplo

marcas

Descifrado

sellos

Región

solicitud

Trabajo de laboratorio no 1

Tema: "Propiedades mecánicas de los metales y métodos de su estudio (dureza)"

Objetivo:

Progreso:

1. Familiarícese con las disposiciones teóricas.

2. Complete la tarea del instructor.

3. Realice un informe de acuerdo con la asignación.

Parte teórica

La dureza es la capacidad de un material para resistir la penetración de otro cuerpo en él. En las pruebas de dureza, un cuerpo incrustado en un material y llamado penetrador debe ser más duro, tener un cierto tamaño y forma, y ​​no debe sufrir deformaciones permanentes. Las pruebas de dureza pueden ser estáticas y dinámicas. El primer tipo incluye pruebas mediante el método de indentación, el segundo, mediante el método de indentación de impacto. Además, existe un método para determinar la dureza por rascado: esclerometría.

Por el valor de la dureza del metal, puede hacerse una idea del nivel de sus propiedades. Por ejemplo, cuanto mayor sea la dureza, determinada por la presión de la punta, menor ductilidad del metal y viceversa.

Las pruebas de dureza por el método de indentación consisten en el hecho de que un indentador (diamante, acero templado, aleación dura) en forma de bola, cono o pirámide se presiona en la muestra bajo la acción de una carga. Después de retirar la carga, queda una huella en la muestra, midiendo cuyo valor (diámetro, profundidad o diagonal) y comparándolo con las dimensiones del penetrador y la magnitud de la carga, se puede juzgar la dureza del metal.

La dureza se determina en dispositivos especiales: probadores de dureza. La mayoría de las veces, la dureza se determina mediante los métodos Brinell (GOST 9012-59) y Rockwell (GOST 9013-59).

Existen requisitos generales para la preparación y análisis de muestras mediante estos métodos:

1. La superficie de la muestra debe estar limpia y libre de defectos.

2. Las muestras deben tener un cierto grosor. Después de recibir la impresión, no debe haber rastros de deformación en la parte posterior de la muestra.

3. La muestra debe estar firme y estable sobre la mesa.

4. La carga debe actuar perpendicular a la superficie de la muestra.

Determinación de la dureza Brinell

La dureza Brinell del metal se determina indentando una bola de acero endurecido (Fig. 1) con un diámetro de 10; 5 o 2,5 mm y se expresa por el número de dureza HB, obtenido dividiendo la carga aplicada P en N o kgf (1H = 0,1 kgf) por el área de la superficie de la huella formada en la muestra F en mm

Número de dureza Brinell media pensión expresado por la relación de la carga aplicadaFa la plazaSsuperficie esférica de la muesca (agujero) en la superficie medida.

media pensión = , (Mpa),

donde

S- área de la superficie esférica de la huella, mm 2 (expresado a través deDyD);

D- diámetro de la bola, mm;

D- diámetro de la hendidura, mm;

Valor de cargaF, diámetro de bolaDy la duración del mantenimiento bajo carga τ, se seleccionan de acuerdo con la tabla 1.

Figura 1. Esquema de medición de dureza por el método Brinell.

a) Esquema de presionar la bola en el metal de prueba

FD- diámetro de la bola,D otp - diámetro de la impresión;

b) Medida del diámetro de la hendidura con lupa (en la figuraD= 4,2 mm).

tabla 1.

Selección de diámetro de bola, carga y sujeción de carga según

sobre la dureza y el espesor de la muestra

más de 6

6…3

menos de 3

29430 (3000)

7355 (750)

1840 (187,5)

Menos de 1400

más de 6

6…3

menos de 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

Metales y aleaciones no ferrosos (cobre, latón, bronce, aleaciones de magnesio, etc.)

350-1300

más de 6

6…3

menos de 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

30

Metales no ferrosos (aluminio, aleaciones para rodamientos, etc.)

80-350

más de 6

6…3

menos de 3

10

5

2,5

2450 (250)

613 (62,5)

153,2 (15,6)

60

La figura 2 muestra un diagrama de un dispositivo de palanca. La muestra se instala en el escenario 4. Girando el volante 3, el tornillo 2 se usa para levantar la muestra hasta que toque la bola 5 y luego hasta que el resorte 7 esté completamente comprimido, coloque el husillo 6. El resorte crea un preliminar carga sobre la bola igual a 1 kN (100 kgf), lo que proporciona una posición estable de la muestra durante la carga. Después de eso, el motor eléctrico 13 se enciende y a través del engranaje helicoidal de la caja de cambios 12, la biela 11 y el sistema de palancas 8,9 ubicado en la carcasa 1 del durómetro con pesos 10 crea una carga completa dada en la pelota. Se obtiene una impresión esférica en la probeta. Después de descargar el dispositivo, se retira la muestra y se determina el diámetro de la impresión con una lupa especial. La media aritmética de las medidas en dos direcciones mutuamente perpendiculares se toma como el diámetro calculado de la muesca.

Figura 2. Diagrama del dispositivo Brinell

Usando la fórmula anterior, usando el diámetro de indentación medido, se calcula el número de dureza HB. El número de dureza, dependiendo del diámetro de la impresión obtenida, también se puede encontrar en las tablas (ver tabla de números de dureza).

Al medir la dureza con una bola con un diámetro de D = 10,0 mm bajo una carga de F = 29430 N (3000 kgf), con un tiempo de retención τ = 10 s, el número de dureza se escribe de la siguiente manera:media pensión2335 MPa o según la antigua designación HB 238 (en kgf / mm 2 )

Al medir la dureza Brinell, tenga en cuenta lo siguiente:

Es posible probar materiales con una dureza de no más de HB 4500 MPa, ya que a una dureza más alta de la muestra, se produce una deformación inaceptable de la bola;

Para evitar perforaciones, el espesor mínimo de la muestra debe ser al menos diez veces mayor que la profundidad de la hendidura;

La distancia entre los centros de dos impresiones adyacentes debe ser de al menos cuatro diámetros de la sangría;

La distancia desde el centro de la muesca hasta la superficie lateral de la muestra debe ser de al menos 2,5D.

Determinación de la dureza Rockwell

De acuerdo con el método Rockwell, la dureza de los metales se determina presionando una bola de acero endurecido con un diámetro de 1.588 mm o un cono de diamante con un ángulo de vértice de 120 en la muestra de prueba. O bajo la acción de dos cargas aplicadas secuencialmente: P0 preliminar = 10 kgf y P total, igual a la suma de las cargas P0 preliminar y P1 principal (Fig. 3).

Número de dureza RockwellHORAse mide en unidades adimensionales convencionales y se determina mediante las fórmulas:

HORA C = - al presionar el cono de diamante

HORA v = - cuando se presiona una bola de acero,

donde 100– el número de divisiones de la escala negra C, 130 - el número de divisiones de la escala roja B del cuadrante del indicador que mide la profundidad de la sangría;

h 0 - la profundidad de la hendidura del cono o bola de diamante bajo la acción de la precarga. Mm

h- la profundidad de la hendidura del cono o bola de diamante bajo la acción de la carga total, mm

0.002 - el valor de la división de escala del dial indicador (el movimiento del cono de diamante al medir la dureza en 0.002 mm corresponde al movimiento de la manecilla indicadora en una división), mm

El tipo de punta y el tamaño de la carga se seleccionan de acuerdo con la tabla 2, dependiendo de la dureza y el grosor de la probeta. ...

Número de dureza Rockwell (HORA) es una medida de la profundidad de sangría del indentador y se expresa en unidades arbitrarias. La unidad de dureza se toma como un valor adimensional correspondiente a un desplazamiento axial de 0,002 mm. El número de dureza Rockwell se indica directamente mediante la flecha en la escala C o B del indicador después de la eliminación automática de la carga principal. La dureza de un mismo metal, determinada por diferentes métodos, se expresa en diferentes unidades de dureza.

Por ejemplo,media pensión 2070, HORA C 18 oHORA v 95.

Figura 3. Esquema de medición de dureza Rockwell

Tabla 2

V

HORA V

Bola de acero

981 (100)

0,7

25…100

en la escala B

2000 a 7000 (aceros templados)

CON

HORA CON

Cono de diamante

1471 (150)

0,7

20…67

en la escala C

De 4000 a 9000 (piezas sometidas a cementación o nitruración, aleaciones duras, etc.)

A

HORA A

Cono de diamante

588 (60)

0,4

70…85

en la escala B

El método Rockwell se distingue por su simplicidad y alta productividad, asegura la preservación de una superficie de alta calidad después de la prueba y permite probar metales y aleaciones, tanto de baja como de alta dureza. Este método no se recomienda para su uso con aleaciones con una estructura heterogénea (fundiciones grises, maleables y de alta resistencia, aleaciones antifricción, etc.).

Parte practica

Contenido del informe.

Indique el título de la obra, su finalidad.

Responde a las preguntas:

1. ¿Qué se llama dureza?

2. ¿Cuál es la esencia de la determinación de la dureza?

3. ¿Qué 2 métodos de determinación de la dureza conoce? ¿Cuál es la diferencia entre ellos?

4. ¿Cómo se debe preparar una muestra para la prueba?

5. ¿Cómo puede explicar la falta de un método universal para determinar la dureza?

6. ¿Por qué, de las muchas características mecánicas de los materiales, la dureza se determina con mayor frecuencia?

7. Registre en un cuaderno el esquema para determinar la dureza según Brinell y Rockwell.

Trabajo de laboratorio No. 2

Tema: "Propiedades mecánicas de los metales y métodos de su estudio (resistencia, elasticidad)"

Objetivo: estudiar las propiedades mecánicas de los metales, métodos de su estudio.

Progreso:

1. Familiarícese con las disposiciones teóricas.

2. Complete la tarea del instructor.

3. Realice un informe de acuerdo con la asignación.

Parte teórica

Las principales propiedades mecánicas son resistencia, elasticidad, tenacidad, dureza. Conociendo las propiedades mecánicas, el diseñador elige razonablemente el material apropiado que asegura la confiabilidad y durabilidad de las estructuras con su mínimo peso.

Las propiedades mecánicas determinan el comportamiento de un material durante la deformación y destrucción por cargas externas. Dependiendo de las condiciones de carga, las propiedades mecánicas se pueden determinar en:

1. Carga estática: la carga sobre la muestra aumenta lenta y suavemente.

2. Carga dinámica: la carga aumenta a alta velocidad, tiene un carácter de choque.

3. Carga alterna repetida o cíclica: la carga durante la prueba cambia repetidamente en magnitud o en magnitud y dirección.

Para obtener resultados comparables, las muestras y el procedimiento para realizar pruebas mecánicas están regulados por GOST. En una prueba de tracción estática: GOST 1497, se obtienen las características de resistencia y ductilidad.

La resistencia es la capacidad de un material para resistir la deformación y la destrucción.

La plasticidad es la capacidad de un material para cambiar su tamaño y forma bajo la influencia de fuerzas externas; la medida de plasticidad es la cantidad de deformación permanente.

El dispositivo para determinar la resistencia y la ductilidad es una máquina de ensayo de tracción que registra un diagrama de tracción (ver Fig. 4), que expresa la relación entre el alargamiento de la muestra y la carga aplicada.

Arroz. 4. Diagrama de estiramiento: a - absoluto, b - relativo.

La sección oa en el diagrama corresponde a la deformación elástica del material cuando se observa la ley de Hooke. La tensión correspondiente a la deformación límite elástica en el punto a se denomina límite de proporcionalidad.

El límite de proporcionalidad es el voltaje más grande, antes de alcanzar el cual la ley de Hooke es válida.

A tensiones por encima del límite de proporcionalidad, se produce una deformación plástica uniforme (alargamiento o estrechamiento de la sección).

Punto b - límite elástico - la tensión más alta, antes de alcanzar la cual no hay deformación permanente en la muestra.

El área cd es el límite de fluencia, corresponde al límite de fluencia - esta es la tensión en la que se produce un aumento de la deformación en la muestra sin aumentar la carga (el material "fluye").

Muchos grados de acero, metales no ferrosos no tienen un área de rendimiento pronunciada, por lo tanto, se establece un límite de rendimiento condicional para ellos. El límite elástico convencional es la tensión que corresponde a una deformación residual igual al 0,2% de la longitud original de la muestra (acero aleado, bronce, duraluminio, materiales etc.).

El punto B corresponde a la resistencia máxima (aparece un adelgazamiento local en la muestra, un cuello, la formación de adelgazamiento es característica de los materiales plásticos).

La resistencia a la tracción es el esfuerzo máximo que una muestra puede soportar hasta su resolución (resistencia máxima a la tracción).

Detrás del punto B, la carga cae (debido al alargamiento del cuello) y se produce la destrucción en el punto K.

La parte práctica.

Contenido del informe.

1. Indique el título de la obra, su finalidad.

2. ¿Qué propiedades mecánicas conoces? ¿Qué métodos se utilizan para determinar las propiedades mecánicas de los materiales?

3. Escriba la definición de resistencia y ductilidad. ¿Por qué métodos se determinan? ¿Cuál es el nombre del dispositivo que determina estas propiedades? ¿Cómo se definen las propiedades?

4. Registre el diagrama de tracción absoluta del material plástico.

5. Después del diagrama, especifique los nombres de todos los puntos y secciones del diagrama.

6. ¿Cuál es el límite es la característica principal a la hora de elegir un material para la fabricación de cualquier producto? Justifica la respuesta.

7. ¿Qué materiales son más fiables en el trabajo, quebradizos o dúctiles? Justifica la respuesta.

Bibliografía

Principal:

Adaskin A.M., Zuev V.M. Ciencia de los materiales (metalurgia). - M.: OIC "Academy", 2009 - 240 p.

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Chumachenko Yu.T. Ciencia de materiales y fontanería (ONG y OPP). - Rostov n / a.: Phoenix, 2013 - 395 p.

Adicional:

Zhukovets I.I. Ensayos mecánicos de metales. - M.: Escuela superior, 1986 .-- 199 p.

Lakhtin Yu.M. Fundamentos de la ciencia de los materiales. - M.: Metalurgia, 1988.

Lakhtin Yu.M., Leontyeva V.P. Ciencia de los Materiales. - M.: Ingeniería Mecánica, 1990.

Recursos electrónicos:

1. Revista "Ciencia de los materiales". (Recurso electrónico) - formulario de acceso http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id=2.

2. Ciencia de los materiales: recurso educativo, formulario de acceso http: // www.supermetalloved / narod.ru.

3. Grado de aceros. (Recurso electrónico) - formulario de acceso www.splav.kharkov.com.

4. Centro Federal de Información y Recursos Educativos. (Recurso electrónico) - formulario de acceso www.fcior.ru.