Определение твердости металлов

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Кемеровский Технологический  Институт Пищевой Промышленности

 

Кафедра «техническая механика

и упаковочные технологии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторные работы по материаловедению №1,2.

 

 

 

«Макроанализ металлов и сплавов.»

«Микроанализ металлов и сплавов.»

 

                                                                                                                        Выполнил:

                    студент гр. ХМб-11

             Рукомасов С.В.

                     Проверил:

 доц. Троицкий Б.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     

 

 

 

 

 

 

Кемерово 2012

Лабораторная работа №1

 

Макроанализ металлов и сплавов

Цель работы: ознакомление с методикой проведения макроструктурного анализа; получение практических навыков изготовления макрошлифов, изучения поверхностей деталей, изломов, макрошлифов, выявление макродефектов, неоднородности, причин разрушения металла; приобретение навыков зарисовки макроструктур.

 

Ответы на контрольные  вопросы:

1) Макроанализ- исследование строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при помощи небольших увеличений (до30 раз)

2) При макроанализе изучают: качество материала, наличие в нем макродефектов, характер его предшествующей обработки (литье, обработка давлением, резание, сварка, наплавка, термическая и химико-термическая обработка и др.), структурную и химическую неоднородность, волокнистость, причины и характер разрушения.

3) Для получения макрошлифа делают следующее: на металлорежущем станке или ножовкой вырезают образец, одну из плоских поверхностей которого ровняют напильником или на плоскошлифовальном станке. Затем образец шлифуют вручную или на шлифовально-полировальном станке шлифовальной шкуркой различной зернистости. Шлифование одной шкуркой нужно проводить в одном направлении, после чего следует смыть остатки образива водой. Переходя на более мелкую шкурку, поворачивают образец на 90⁰ и проводят обработку до полного исчезновения рисок, образованных предыдущей шкуркой. Образец промывают водой, просушивают и подвергают травлению.

4) Дефекты литого металла:

а) пригар (трудноотделимая корка, состоящая из смеси металла, формировочного песка и шлака;

б) усадочные пустоты ((раковины, рыхлости, пористость), образующаяся в результате усадки металла (уменьшение объема) при его затвердевании).

в) газовые раковины (пузыри), возникающие в кристаллизующемся металле чаще всего из-за его большой газонасыщенности.

г) ужимины, возникающие вследствие частичного отслоения внутренних поверхностных слоев песчаной формы, что приводит к образованию в твердом металле полостей, заполненных формовочным материалом.

д) трещины, появляющиеся как результат высоких напряжений в отливках из-за сопротивления формы их усадке, а также неодинаковых скоростей охлаждения различных частей литой заготовки;

е) неметаллические включения, которые по происхождению разделяются на эндогенные и экзогенные. Эндогенные образуются в результате взаимодействия компонентов сплава, например железа, с растворенным в нем кислородом, серой, азотом; эндогенные – шлаковые включения и зазоры от разрушающихся стенок формы.

 

 

 

 

 

5)Дефекты термообработанного металла:

а) обезуглероживание (слоев стальных изделий): результат окислительного действия атмосферы печей для термообработки. На поверхности изделий возникают участки с пониженной твердостью – мягкие пятна.

б) закалочные трещины: имеют зигзагообразный характер, часто образуют сетку. Края закалочных трещин, в отличие от трещин горячедеформированного металла, не обезуглероживаются, поскольку такие трещины образуются в процессе закалки при охлаждении изделий до температур ниже 100 ⁰С или после полного охлаждения.

6)Дефекты сварных соединений:

а) непровар: местное отсутствие соединения основного металла и наплавленного (возникает при загрязнении свариваемых поверхностей или недостаточном разогреве основного металла)

б) пережог: образуется при нарушении режима тепловой обработки (высокая температура нагрева в кислородосодержащей среде), вызывающем интенсивное окисление металла вдоль границ зерен (сильно охрупчивает металл; дефект неисправим).

7)Виды изломов (поверхности, образующиеся вследствие разрушения металла):

а)вязкий (волокнистый) излом: имеет бугристо-сглаженный рельеф и свидетельствует о значительной пластической деформации, предшествующей разрешению (по виду вязкого излома нельзя судить о форме и размерах зерен металла).

б) хрупкий: наиболее опасно, т.к. происходит чаще всего при напряжениях ниже предела текучести материала. Его возникновению способствует наличие поверхностных дефектов, конструктивные просчеты (резкое изменение сечения, толстостенность де

    талей), низкая температура  и ударные нагрузки при работе, крупнозернистость металла, выделенияпо  границам зерен хрупких фаз, межзеренная коррозия. Разновидностями хрупкого излома являются нафталинистый, камневидный, фарфоровидный и др.

в)нафталинистый излом: причиной возникновения такого излома является перегрев стали, вызывающий укрупнение зерен и образование определенной ориентации структурных составляющих (текстура); устраняется путем многократных повторных фазовых перекристаллизаций металла.

г)камневидный излом: возникает, если металл имеет крупнозернистое строение, а разрушение носит межкристаллический характер; причина возникновения – перераспределение примесей при перегреве металла с выделением их в приграничных участках зерен; устраняется путем гомогенизирующего отжига.

д)фарфоровый излом: характерен для правильно закаленной стали, вид излома матовый, мелкозернистый.

е)усталостный излом: образуется в результате длительного воздействия на металл циклических напряжений; излом состоит из трех зон: зарождения трещины, собственно усталостного распространения трещины и излома. Возникают там, где имеются концентраторы напряжений или дефекты.

8) Ликвация – химическая неоднородность сплава, возникающая при его производстве

9) Особенно склонны  к ликвации стали сера, углерод  и фосфор, оказывающие существенное влияние на строение металла и его свойства. Сера вызывает красноломкость стали, т.е. охрупчивание при высоких температурах, а фосфор – хладноломкость, т.е. охрупчивание при низких температурах.

Общую ликвацию углерода, фосфора  и серы позволяет оценить обработка макрошлифа реактивом Гейна.

10) Ликвацию серы (в  стали или чугуне) можно оценить  методом Баумана. Сера находится  в стали в составе сульфидов (FeS и MnS). При взаимодействии их с серной кислотой, оставшейся на фотобумаге, образуется сероводород (FeS + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂S↑) Сероводород взаимодействует с бромистым серебром фотоэмульсии (2AgBr + H₂S → 2HBr + Ag₂S). Образующиеся на фотобумаге темные участки Ag₂S выявляют форму и характер распределения серы в исследуемом металле.

11) Сруктура деформированного  металла пористая, волокнистая и  смешанная.

 

                                 Рисунки изученных макрошливов:

Макроструктура деталей полученных ковкой и резанием

Макроструктура  соединительною крюка железнодорожного вагона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ликвация серы но сечению стальнрельса (по Бауману)

Сварное соединение: а - до травления; б - после травления реактивом Гейна

 

 

 

Вывод: на лабораторных по материаловедению ознакомились с видами изломов и деформаций; их структурой на макрошлифе

                                              

                

                                            Лабораторная работа № 2

         Тема: Микроанализ металлов и сплавов.

Цель работы: ознакомление с процессом приготовления микрошлифов, изучение устройства металлографического микроскопа и приобретение практических навыков работы в нём, проведение микроанализа сплавов и приобретение навыков зарисовки простейших микроструктуру

Контрольные вопросы:

1. Микроанализ – исследование структуры металла с помощью оптического или электронного микроскопа.
2. Чтобы приготовить микрошлиф необходимо выбрать место вырезки образца, произвести вырезку, шлифовку (тщательную), затем охладить, при необходимости промыть, при необходимости протравить.

 Увеличение металлографического  равно произведению увеличения  объектива и окуляра: V₀ =V_об *V_ок =250L/(F_ок *F_об ).Важная характеристика – разрешающая способность. Качественное изображение микроструктуры обеспечивается, когда общее увеличение оптической системы не превышает её полезного увеличения. Последнее для видимого света в данной системе принимают равным 500…1000 апертур взятого объектива. Состав металлографического микроскопа МИМ – 7: основание, корпус, фотокамера, микрометрический винт, визуальный тубус с окуляром, рукоятка иллюминатором, иллюминатор, предметный столик, клеммы, винты перемещения столика, макрометрический винт, осветитель, рукоятка светофильтров, стопорное устройство осветителя, рамка с матовым стеклом. Принцип действия: В осветительную систему микроскопа входят источник света, серии линз, светофильтров и диафрагм. Источником света является электрическая лампа (17 В), включаемая в сеть через понижающий трансформатор

Изученные микростурктуры:

1) микроструктура доэвтектического белого чугуна

Обладает высокой коррозионной стойкостью, имеет высокую износостойкость, жаропрочность.

2) микроструктура серого феррито-перлитного чугуна.

Обладает большой прочностью.

          

            2)Серый феррито-перлитный чугун с пластинчатым графитом.

 

            В сером чугуне графит имеет  форму немного изогнутых пластинок.              Пластинки играют роль маленьких  трещен, что снижает прочность.  Но дают ряд преемуществ: повышенная износостойкость, повышенные  антифрикционные свойства.

 

 

3. Часть света, излучаемого лампой 18 (рис. 2.2), проходит через коллектор 17, светофильтр 19 на зеркало 20 я далее через линзу 16, апертурную диафрагму 15, линзу 14, полевую диафрагму 12, пентапризму 11, линзу 10 поступает на плоскопараллельную отражательную пластинку 7. Пластинка 7 полупрозрачная, пропускает около 2/3 светового потока и лишь около 1/3 его отражает на объектив 8, который фокусирует лучи на поверхности микрошляфа 9. Отраженные от объекта лучи проходят через объектив 8, [шоскопараллельную пластинку 7, ахроматическую линзу 6, зеркало 5, окуляр 4 и попадают в глаз наблюдателя. Для фотографирования тубус с окуляром 4 я зеркалом 5 выдвигают и лучи проходят через одни из трех фотоокуляров 3 на зеркало 1 и фотопластинку или матовые стекла 2. Экспонирование осуществляют с помощью фотозатвора 13. Микроанализ позволяет определить форму и размеры отдельных зерен, фаз. А также их содержание, относительное расположение, микроструктуру (микродефекты, включения и т.д.).
4. Размер зёрен можно измерить с помощью окуляра – микрометра. Перед измерением необходимо из мерить цену деления окуляра – микрометра при выбранном объективе. После фокусирования микроскопа совмещают шкалу окуляра – микрометра со шкалой эталона и вычисляем цену деления (в метрах). Затем данные подставляют в специальные таблицы.

 

 

      Изученное

   

Общий вид  микроскопа МИМ-7:

1-основание; 2 - корпус; 3 -фотокамера, 4   микрометрический  винт, 5 -визуальный тубус с окуляром, 6 - рукоятка иллюминатора, 7 - иллюминатор, 8 ~ предметный столик, 9- клеммы, 10 - винты перемещения столика, 11- макрометрический винт; 12 - осветитель, 13 - рукоятка светофильтров, 14 -стопорное устройство осветителя; /5 -рамка с матовым стеклом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оптическая система микроскопа МИМ-7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: ознакомился с процессом приготовления микрошлифов, изучил устройство металлографического микроскопа, зарисовал простейшие микроструктуры.