А. В. Коваленко Лабораторний практикум




НазваА. В. Коваленко Лабораторний практикум
Сторінка1/9
Дата конвертації20.06.2013
Розмір1.21 Mb.
ТипДокументы
skaz.com.ua > Фізика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Є.Я. Губар,

І.І. Фенько,

А.В. Коваленко


Лабораторний практикум

з дисципліни

„МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО ТА ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ”

для студентів інженерних спеціальностей

Затверджено

на засіданні кафедри КТВОМ,

протокол №5 від 25.12.2009 р.,

та Методичною радою ЧДТУ,

протокол № від 2010 р.


Черкаси



2009


Рецензент Осипенко В.І., д.т.н., професор


^ Губар Є.Я., Фенько І.І., Коваленко А.В.

Лабораторний практикум з дисципліни „Матеріалознавство та технологія конструкційних матеріалів” для студентів інженерних спеціальностей – Черкаси: ЧДТУ, 2009. – 99 с.

Видання призначене для самостійної підготовки студентів до виконання лабораторних робіт із дисципліни „Матеріалознавство та технологія конструкційних матеріалів”. Обсяг теоретичних відомостей до кожної лабораторної роботи достатній для розуміння досліджуваних явищ та структур і доповнює конспект лекцій із даної дисципліни. Наведені контрольні запитання дадуть студенту змогу оцінити міру розуміння ним явищ, що вивчаються, та рівень підготовки до лабораторної роботи.

Для студентів інженерних спеціальностей.

Зміст


Лабораторна робота № 1

Методи дослідження металів та сплавів…………………………

4

Лабораторна робота № 2

Вимірювання твердості металів методом Бринелля…………….

25

Лабораторна робота № 3

Залізовуглецеві сплави та їх мікроскопічне дослідження……….

35

Лабораторна робота № 4

Вивчення мікроструктури чавунів…………………………………….

50

Лабораторна робота № 5

Вивчення технологічних процесів виготовлення відливок методами лиття в оболонкові форми та в кокіль…………………..

62

Лабораторна робота № 6

Вивчення формоутворення заготовки методом холодного листового штампування…………………………………………………

70

Лабораторна робота № 7

Вивчення технологічного процесу ручного електродугового зварювання металів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

Лабораторна робота № 8

Вивчення технологічних прийомів газового зварювання та різання металів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

Додаток А

Правила техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт із дисципліни "Матеріалознавство та технологія конструкційних матеріалів". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………………….

99

Лабораторна робота № 1

^ Методи дослідження металів та сплавів
Мета роботививчити термічний, дилатометричний, електронно-мікроскопічний та рентгенівські методи дослідження, вивчити будову оптичного металографічного мікроскопа та навчитися проводити макро- і мікроаналіз металів і сплавів, а також зробити висновки щодо їх якості.
^
1.1 Прилади і матеріали

  1. Металографічний мікроскоп МИМ-7.

  2. Інструкція з експлуатації мікроскопа МИМ-7.

  3. Зразки для дослідження макро- і мікроструктури металів.
1.2 Порядок виконання роботи

  1. Ознайомитися з методами дослідження металів і сплавів.

  2. Ознайомитися з методикою проведення макроаналізу.

  3. Вивчити будову і налагодження металографічного мікроскопу МИМ-7 і навчитися ним користуватися.

  4. Ознайомитися з методикою приготування мікрошліфів та методикою їх дослідження.

  5. Вивчити, зарисувати й описати макро- і мікроструктури зразків.

  6. Оформити результати роботи і скласти протокол.


1.3 Загальні відомості

Всі методи дослідження, які застосовуються в металознавстві, поділяються на дві групи. До першої групи відносяться прямі методи дослідження, за допомогою яких вивчають структуру металів та сплавів. Деякі непрямі методи (термічний, дилатометричний і ін.) дозволяють встановити зв'язок між структурою та властивостями матеріалів.

Друга група методів дає можливість безпосередньо виявити хімічний склад матеріалу та його механічні, фізичні, магнітні або технологічні властивості. Всебічну і достатню інформацію стосовно структури та властивостей матеріалу можна отримати при використанні тільки всього комплексу методів.

^ 1.3.1 Дилатометричний метод

В основі цього методу – зміна об'єму матеріалу при нагріванні чи охолодженні. При ізотропному розширенні зразка фіксується його довжина. Використовують метод для визначення коефіцієнтів лінійного термічного розширення металів та сплавів для різних температурних інтервалів, вивчення температур фазових перетворень у твердому стані.
^ 1.3.2 Термічний метод

Термічний метод застосовують для визначення температур фазових перетворень в металах та побудови діаграм стану сплавів. На рис. 1.1 показано устаткування для проведення термічного аналізу. Термопара – це спаяні разом дроти двох різних металів або сплавів. Якщо нагріти спай термопари, то виникає термоелектрорушійна сила (ТЕРС), під дією якої струм відхиляє стрілку гальванометра. Від різниці між температурою гарячого та холодних кінців термопари залежить ТЕРС, абсолютне значення якої дозволяє визначити температуру сплаву. Сплав нагрівають до рідкого стану, а потім повільно охолоджують та фіксують температуру через кожні 20...30 с. Використовуючи ці дані, будують криві охолодження (або нагрівання) в координатах “температура-час”.


^ Рисунок 1.1 – Схема установки для термічного аналізу:

1 – електропіч; 2 – тигель із металом; 3 – термопара; 4 – гальванометр

Фазові перетворення – плавлення (або кристалізація), зміна кристалічної гратки, розчинення (або кристалізація) надлишкових фаз супроводжуються виділенням чи поглинанням тепла. Внаслідок цього на кривих охолодження спостерігаються температурні зупинки, коли перетворення відбувається при постійній температурі, або перегини, якщо перетворення здійснюється в інтервалі температур (рис. 1.2). Наприклад, на кривих охолодження умовний чистий метал А кристалізується при температурі tА, а сплав І (38 % В + 62 % А) – в інтервалі температур t3...t1, сплав  – в інтервалі t4...t2. Ці температурні точки називають критичними.

Критичні точки використовують для побудови діаграми стану сплавів у координатах “температура – хімічний склад сплавів”. Діаграма стану – це графічні зони стійкого існування фаз в залежності від хімічного складу сплавів та температури. Для побудови діаграми визначають критичні точки для цілого ряду сплавів, наносять їх на діаграму і з'єднують плавними лініями (рис. 1.2, б). Лінії відокремлюють зони із різними фазами, точки ліній характеризують хімічний склад фаз, що знаходяться в рівновазі; температури початку та кінця фазових перетворень. Знання діаграми необхідне для вибору режимів термічної обробки та температур технологічних процесів.



Рисунок 1.2 – Побудова діаграми стану за допомогою

кривих охолодження:

а – криві охолодження; б – діаграма стану умовних металів А та В
^ 1.3.3 Метод електронної мікроскопії

Метод електронної мікроскопії дозволяє вивчати тонку структуру металів та сплавів при збільшеннях до 500 тис. разів і більше та одержувати більш повні знання про механізми фазових перетворень, пластичної деформації та руйнування металів, вивчати дефекти кристалічної будови. В електронному мікроскопі використовують електронні промені та систему електромагнітних лінз. Мікроскоп складається із герметичної колони, в якій досягається високий вакуум (до 1,310-3МПа) і розташована електронна оптика, та блоків живлення. На рис. 1.3 показана схема електронного мікроскопа для просвічування. Випромінювач електронів складається з катода 1, фокусуючого електрода 2 та анода 3. Конденсорна лінза 4 фокусує електронні промені на об'єкті 5. Об'єктивна лінза 6 дає збільшене проміжне зображення в площині селекторної діафрагми 7. Проміжна лінза 8 передає центральну ділянку зображення на предметну площину проекційної лінзи 9, яка кінцеве зображення формує на екрані або фотопластинці 10. Об'єктивна та проекційна лінзи збільшують приблизно у сто разів кожна.


^ Рисунок 1.3 – Схема електронного мікроскопа


Загальне збільшення мікроскопа (приблизно до 106 разів) визначається фокусною відстанню електромагнітних лінз і регулюється величиною струму в їх обмотках. Прискорююча напруга до 100 кВ, розрізнювальна здатність (найменша частинка, деталі якої можна роздивитись – 0,2 нм, товщина фольги для просвічування не більш, ніж 10-7 м, (0,1...1 мкм).Таку фольгу виготовляють з більш товстої пластини при електролітичному травленні в спеціальних розчинах. При проходженні електронів через фольгу контраст зображення виникає внаслідок розсіяння електронів на атомах, що зміщені із нормального положення в області дефекту (границі зерен, дислокації та інші дефекти кристалічної будови).

Непрямим методом за допомогою реплік можна вивчати поверхню масивних зразків. Репліка – це плівка (лакова, вугільна, оксидна тощо), яку наносять на поверхню зразка а потім відділяють від зразка і досліджують. Репліка передає рельєф поверхні, в ній знаходяться частинки надлишкових фаз, склад яких можна визначити.

В останні роки широке розповсюдження знайшли більш складні растрові електронні мікроскопи, що дозволяють безпосередньо вивчати рельєф поверхні та структуру зразка без виготовлення реплік або фольг. Цей метод широко використовується при дослідженні зламів.

^ 1.3.4 Рентгенографічні методи дослідження

В залежності від характеру використання рентгенівських променів всі методи розподіляють на рентгеноструктурний, рентгеноспектральний аналізи та рентгенівську дефектоскопію.

^ Рентгеноструктурний аналіз заснований на дифракції, яка виникає при розсіянні променів атомами гратки. Розшифровують дифракційні картини за допомогою рівняння Вульфа-Брега: 2dhklsin = n. Дифракційні максимуми спостерігаються тоді, коли промені довжиною , віддзеркалені від паралельних площин з відстанню між ними dnkl під кутом  мають різницю ходу, що дорівнює цілій кількості довжин хвиль (довжина хвилі залежить від матеріалу анода рентгенівської трубки). Вимірюючи на рентгенограмах кути віддзеркалення , визначають характеристику кристалічної гратки (dnkl).

Дифракційна картина від монокристала характеризується закономірно розташованими точковими рефлексами. Їх число, форма та інтенсивність дають можливість визначити орієнтацію монокристала, тип та розмір кристалічної гратки (рис. 1.4).


Рисунок 1.4 – Дифракційна картина від полікристала

та схеми рентгенограм від ОЦК і ГЦК ґраток
Рентгеноспектральний аналіз дозволяє визначити хімічний склад матеріалу і базується на властивості кожного елемента випромінювати характерні рентгенівські промені, коли зразок опромінюють електронами достатньої енергії. Інтенсивність променів залежить від кількості цього елемента. Використовуючи еталони, можна проводити і кількісний аналіз.

Сучасні мікроаналізатори дозволяють аналізувати у мікрооб'ємах (приблизно 3 мкм3) практично всі елементи; чутливість визначення становить 0,1 · 10-6  в залежності від порядкового номера елемента та розміру електронного зонда. Ділянка для вивчення обирається за допомогою мікроскопа, вісь якого збігається із точкою падіння електронного зонда на зразок. При переміщенні зонда можна записати зміну інтенсивності, яка відповідає концентрації елемента уздовж цього напрямку.

^ Рентгенівська дефектоскопія ґрунтується на різній здатності рентгенівських променів поглинатися при проходженні через матеріали різної товщини та щільності. Метод має високу чутливість та універсальність, застосовується для контролю якості виробів і дозволяє виявити раковини, шпарини, не провари сталевих швів, тріщини, вкраплення, тощо. Схему просвічування показано на рис. 1.5. Дефекти на плівці виявляються у вигляді більш темних або світлих плям порівняно із фоном.


Рисунок 1.5 – Схема просвічування деталей
Щільне вкраплення поглинає промені, тому на рентгенограмі у відповідному місці буде світла пляма на загальному фоні. Там, де розташована раковина, виявиться затемнення, тому що інтенсивність променів, що пройшли через деталь, більша.
^ 1.3.5 Макроскопічний аналіз

Макроаналіз полягає в дослідженні будови металів та сплавів неозброєним оком або при незначному збільшенні до 30 разів. Це дозволяє вивчати великі перетини металів, робити висновки про їх будову та наявність певних дефектів, а також вибирати ділянки для подальших досліджень. Будова металів та сплавів, яка визначена таким чином, називається макроструктурою.

За допомогою макроаналізу можна визначити:

  • порушення суцільності металу (усадкова несуцільність, центральна пористість, підкоркові пухирі, свищі);




  • б

    удову литого та деформованого металів;

  • хімічну неоднорідність (ліквацію);

  • вид зламу;

  • структуру металу після зварювання, деяких видів термічної та хіміко-термічної обробки.



Для дослідження макроструктури металів використовують метод шліфів та метод зламів. При цьому вигляд зламу визначають безпосередньо спостереженням, тоді як інші особливості макроструктури – на макрошліфах.

^ Макроаналіз литого металу. Травлення макрошліфа проводять у 15 % водному розчині персульфату амонію при температурі 80-90 °С протягом 5-10 хвилин. Для литого металу характерні велика неоднорідність зерен за формою та розміром, наявність несуцільностей, неоднорідність за хімічним складом. Наявність цих особливостей будови литого металу, які знижують його властивості і є недоліками, що зумовлено процесом кристалізації.

Макроаналіз сталевого зливка показав, що в його структурі можна виділити три зони:

  • дрібних дезорієнтованих кристалів;

  • орієнтованих стовпчастих кристалів;

  • великих дезорієнтованих рівноважних кристалів.

Неоднорідність будови литого металу зумовлена змінами умов кристалізації протягом часу кристалізації. Відомо, що процес кристалізації можливий при певному переохолодженні рідкого металу, яке характеризується ступенем переохолодження Т і який, у свою чергу, дорівнює різниці температур кристалізації теоретичної ТS та фактичної Ткр.

Процес кристалізації складається з двох стадій – утворення центрів кристалізації твердої фази (зародки твердої фази) та росту кристалів твердої фази.

Довільне виникнення центрів кристалізації твердої фази називають гомогенним. При цьому збільшення до певного ступеня переохолодження спричиняє виникнення більшого числа центрів кристалізації (ц.к.) та підвищення швидкості їх росту (ш.р.), що зумовлює зменшення розміру зерен (рис. 1.6).

При кристалізації зливка найбільший ступінь переохолодження спостерігається безпосередньо на межі між рідким металом та холодними стінками виливниці (форма, у яку заливають метал).

У процесі кристалізації ступінь переохолодження на межі поділу рідина-тверда фаза зменшується за рахунок прогріву стінок виливниці та утворення зони твердого металу. Це призводить до зменшення кількості зародків твердої фази та швидкості їх росту. Направлений тепловідвід стимулює формування зони стовпчастих кристалів, які ростуть перпендикулярно до стінок виливниці. В центральній частині зливка направлене відведення теплоти відсутнє, що сприяє утворенню неорієнтованих кристалів. Вони досить великі, оскільки ступінь переохолодження в цій зоні незначний.

На процес кристалізації впливають також домішки, які знаходяться в рідкому металі у зваженому стані. Якщо частинки домішок мають однакову (або близьку) кристалічну решітку з решіткою металу, що затвердіває, то вони можуть бути готовими центрами кристалізації.

В цьому випадку спостерігається зменшення розміру критичних зародків, а кристалізація рідини починається при менших переохолодженнях. Таке утворення зародків твердої фази називається гетерогенним. Використання таких домішок (вони мають назву модифікатори) підвищує якість металу, а операція їх введення у рідкий метал отримала назву модифікування.

Недоліком литого металу також є його несуцільність. Утворення несуцільностей зумовлено тим, що метал у твердому стані займає менший об'єм, ніж у рідкому. Усадка розподіляється або у вигляді раковини, яка зосереджується в верхній частині зливка, або у вигляді дрібних раковин, що розподіляються по всьому зливку. Розміри та форма усадкових раковин залежать від маси металу, форми виливниці, швидкості кристалізації тощо.


^ Рисунок 1.6 – Залежність кількості центрів кристалізації (ц.к.)

та швидкості росту кристалів твердої фази (ш.р.)

від ступеня переохолодження T
Поміж усіх несуцільностей найбільший вплив на структуру та властивості металів має раковина у верхній частині зливка, поверхня якої вкрита шаром оксидів, до того ж у цій частині зливка сконцентрована найбільша кількість шкідливих домішок. Цю частину зливка відрізають.

До недоліків зливка відноситься його хімічна неоднорідність – ліквація. Розрізняють два види ліквації: макроскопічну, яку можна виявити неозброєним оком, та мікроскопічну, яку виявляють за допомогою спеціальних методів аналізу (металографічного, мікрорентгено-спектрального та ін.).

До макроскопічної ліквації відносять нормальну зональну, зворотну зональну та ліквацію за густиною. Для нормальної зональної ліквації характерна неоднорідність зливка за зонами. Найбільше вона проявляється у центральній частині зливка. При зворотній зональній ліквації ділянки з підвищеною концентрацією домішок розташовані на зовнішній поверхні. Ліквація за густиною обумовлена різною питомою вагою твердих фаз та рідкої фази.

До мікроскопічної ліквації відносять дендритну та внутрішньо-кристалічну ліквації. Перші ділянки дендрита насичені тугоплавкими компонентами, а багаті на легкоплавкі домішки залишки рідини тверднуть останніми і таким чином, нашаровуються на дендрит.

Ліквації спричинюють утворення різних дефектів у литих металах та сплавах, утруднюють їх обробку та знижують властивості.

^ Макроаналіз деформованого металу. Макроструктура деформованого металу утворюється при пластичній деформації в гарячому чи холодному станах. Внаслідок прокатки, кування, штампування чи волочіння несуцільності, які були у металі, усуваються. Дендрити і зерна деформуються та витягуються у напрямку обробки; витягуються також неметалеві включення. Внаслідок цього формується типова для прокатаного металу смугаста (волокниста) структура. Волокниста будова металу обумовлює анізотропію його властивостей (різниця властивостей вздовж та поперек волокон). Пластичність, міцність та в'язкість зразків, вирізаних вздовж волокон, вищі, ніж зразків, вирізаних поперек. Відповідальні вироби, що працюють при значних динамічних навантаженнях (колінчасті вали, шестерні, шатуни, гаки), виробляють таким чином, щоб волокна у виробах не перерізались, а відповідали конфігурації виробу.

^ Макроструктура після термічної та хіміко-термічної обробки. Структури такого типу неоднорідні. Внаслідок гартування, цементації, азотування, а також інших видів хіміко-термічної обробки будова поверхні порівняно з будовою основи суттєво змінюється. По макрошліфу чи вигляду зламу можна зробити висновок про наявність змін будови поверхневого шару металу. Виявлена таким чином неоднорідність і є ознакою правильності обробки, що відбулась.

^ Макроструктура зварного шву. Зварний шов травлять 5 % розчином азотної кислоти в етиловому спирті протягом 2...5 секунд. Під час травлення з поверхні зразка періодично видаляють оксиди, що виникають під час процесу. Травлений таким чином зразок промивають у проточній воді, сушать, промивають спиртом та вивчають візуально або за допомогою лупи чи мікроскопа. У макроструктурі зварного шва виділяють дві зони – наплавленого та основного металів. Для будови наплавленого металу характерна наявність стовпчастих кристалів, розмір яких, на відміну від розміру кристалів литого металу, досить дрібний. Ця різниця зумовлена великою швидкістю кристалізації наплавленого металу зварного шва.

Макроскопічним аналізом можна виявити також зону термічного впливу, непровар, тріщини, шлакові домішки.

^ Метод шліфів. На практиці широко використовують метод аналізу макрошліфів. Макрошліф – це зразок з плоскою відшліфованою та (якщо це необхідно) протравленою поверхнею, який вирізають з досліджуваної сталі. Макрошліф роблять таким чином. На металорізальному верстаті або іншим способом вирізають зразки. Одну площину шліфують вручну або на шліфувальному верстаті. Шліфувальним папером однієї зернистості шліфують у одному напрямі. Після переходу на більш тонкий шліфувальний матеріал напрям обробки змінюють під кутом 90°. Після цього зразки промивають водою та просушують.

Для визначення дефектів шліф знежирюють та травлять. Реактив більш активно взаємодіє з тими ділянками, де є наявні дефекти та неметалеві включення. Поверхня виходить рельєфною.

Розрізняють глибоке та поверхневе травлення. За допомогою глибокого травлення визначають макроструктуру зливків, прокату, а також пори, раковини, ліквацію тощо.

Поверхневе травлення, яке проводять з використанням менш агресивних реактивів, дозволяє виявити ліквацію, досить велику пористість у зварних швах, а також інші несуцільності, що з'являються на поверхні.

^ Метод зламів. Метод зламів полягає у вивченні поверхні, яка виникає при руйнуванні металевих зразків. За допомогою цього методу можна виявити форму та розмір зерен, різновид зламу, характер руйнування. Розрізняють такі види зламів: в’язкий та крихкий. В'язкий злам утворюється витягнутими, загостреними при розриві зернами, що засвідчує значний ступінь пластичної деформації перед руйнуванням. Форму та розміри зерен металу за виглядом в'язкого зламу виявити неможливо.

Для крихкого зламу характерна присутність на поверхні блискучих ділянок (фасеток). Руйнування у цьому випадку проходить без помітної пластичної деформації. Форма та розмір зерен не змінюються, що дозволяє робити висновок щодо їх початкових розмірів. Крихкий злам ділять на міжкристалічний та транскристалічний. При міжкристалічному зламі руйнування проходить по межах зерен металу, що зумовлено присутністю неметалевих сполук – сульфідів, карбідів, нітридів тощо, а при транскристалічному зламі – крізь зерно по площинах ковзання кристалічної решітки. Крихкий варіант руйнування найбільш небезпечний, оскільки проходить найчастіше при напрузі, меншій за межу текучості матеріалу.

Вигляд зламу залежить також від умов випробування – температури, швидкості навантаження, характеру напруженого стану тощо.

Відомі такі основні види крихких зламів:

^ Нафталіновий злам – транскристалічний з великим зерном та вибірковим блиском. Такий злам характеризує високу крихкість металу і є характерним для легованих інструментальних сталей. Головна причина такого явища – перегрів при термічній обробці, що спричинює збільшення текстури (переважної орієнтації зерен у певному напрямку).

Крихкий злам називається каменевидним, якщо руйнування проходить по межах великих зерен. Причиною такого руйнування є домішки, які при перегріві металу концентруються на межі зерен або у пограничних зонах.

Для правильно обробленої сталі буде характерним парцеляноподібний злам дрібнозернистий з матовим відтінком.

Частіше злами бувають змішаними, у макроструктурі яких спостерігаються ділянки в'язкого та крихкого зламів.

При втомі металу руйнування спостерігається після довгого впливу циклічних навантажень. Злам у цьому випадку складається з трьох зон: зони зародження тріщини, зони розповсюдження тріщини при циклічних навантаженнях – зона втоми і зони долому. Перша зона рівна, для другої характерні концентричні борозди чи дуги і ділянки парцеляноподібного зламу. Зона долому може бути в'язкою чи крихкою.

^ Виявлення сірки в металі. Сірка в сталі перебуває у вигляді сульфідів FeS, MnS і є шкідливою домішкою, що викликає червоноламкість. Сульфід заліза утворює з залізом евтектику з температурою плавлення 988 °С. При нагріванні сталі до температур прокатки чи кування (1200...1250 С) евтектика плавиться по границях зерен і сталь при деформації руйнується.

Ліквацію сірки в сталях та чавунах можна визначити методом Баумана. До поверхні шліфа прикладають аркуш фотопаперу, попередньо змоченого у 5 % водному розчині сірчаної кислоти. Під час витримки зміщувати папір по поверхні шліфа не можна.

На поверхні шліфа в місцях з підвищеною концентрацією сірки проходитиме реакція між сульфідами та сірчаною кислотою:

FeS+H2SO4 = FeSO4 +H2S

MnS+H2SO4 = MnSO4+H2S .

Сірчаний водень у місцях свого виділення реагує з бромистим сріблом, що входить до складу фотоемульсійного шару фотопаперу:

H2S+2AgBr = Ag2S+2HBr.

Сірчане срібло має темний колір. Темні ділянки на фотопапері, що виникають після проведення експерименту, показують характер розподілу сульфідів у сталі.

Знятий з макрошліфа фотопапір промивають у воді, фіксують у розчині гіпосульфіту (20-30 хвилин) та просушують. Перевагою методу є те, що він дозволяє визначити розподіл сірки в сталі на відміну від хімічного аналізу, який показує тільки її вміст.
^ 1.3.6 Мікроскопічний метод

Мікроскопічний метод дослідження застосовують для вивчення мікроструктури за допомогою світлового мікроскопу при збільшеннях 50...1500 разів. При використанні мікроскопічного аналізу виявляють форму та розмір зерен, зміни в структурі після гарячої та холодної деформації, термічної та хіміко-термічної обробок; мікродефекти металу: тріщини, шпарини, раковини; неметалеві вкраплення: сульфіди, оксиди, нітриди, алюмінати, силікати, графіт (у чавунах) тощо. Частіше  проводять якісний аналіз, а при необхідності за допомогою спеціальних методик – кількісний.

П

оверхня зразка (мікрошліфа) має бути дзеркальною для достатньо інтенсивного відзеркалення променів. Для цього після операції шліфування проводять полірування мікрошліфа на замші, фетрі чи тонкому сукні, що змочені водною суспензією дрібних частинок оксидів алюмінію, хрому, заліза. Інколи застосовують електролітичне полірування. У всіх випадках після полірування шліф промивають водою, протирають спиртом та висушують.

Перегляд нетравлених шліфів дозволяє виявити неметалеві вкраплення та мікродефекти. Структури металу при цьому не видно. Неметалеві вкраплення мають інший, ніж у металевої матриці, коефіцієнт відзеркалення, тому на світлому фоні вони виділяються темними ділянками (сірого, чорного, жовтуватого кольору) різної форми. За кольором та формою частинок визначають природу неметалевого вкраплення, а за їх кількістю оцінюють ступінь забрудненості металу чи сплаву.

Для виявлення структури поверхню мікрошліфа травлять в розчинах кислот, лугів, солей в залежності від хімічного складу сплаву. Так, наприклад, для сталей і чавунів застосовують травлення 2...5 % розчином азотної кислоти в етиловому спирті протягом 2...5 секунд. Ступінь травлення меж зерен та структурних складових різна, тому на поверхні утворюється мікрорельєф у вигляді западин та виступів (рис. 1.7). Западини на межах зерен значно сильніше розсіюють промені, тому межі виглядають як темні лінії (див. рис. 1.7, а). У структурі перліту, що складається з двох фаз (фериту і цементиту), ферит розчиняється швидше цементиту. Цементит виступає та відбиває більше променів і в полі зору буде світлою складовою; друга фаза (ферит), навпаки, через більше розсіювання променів буде виглядати темною. В результаті структура перліту має вигляд темних та світлих смуг (див. рис. 1.7, б).



Рисунок 1.7 – Схема утворення контрасту

при мікроскопічних дослідженнях та структура фериту:

а – феритно-перлітна ділянка; б-перлітна ділянка.
Важливою характеристикою мікроскопа є його розрізнювальна здатність (r = 1/d), яка визначається величиною, оберненою найменшій відстані d, на якій можливо розрізнити два сусідні елементи структури. Чим менше d, тим вище розрізнювальна здатність і, відповідно, більше корисне збільшення мікроскопа М:



де Д – найменша відстань, що розрізняється людським оком (0,1...0,2 мм).

У оптичного мікроскопа при використанні білого світла ( = 0,4...0,8 мкм) d становить 0,2 мкм, і тому межа корисного збільшення дорівнює приблизно 1500 разів. Подальше збільшення лише укрупнює елемент структури, але не дозволяє виявляти при цьому нові деталі.

Робоче збільшення мікроскопа V залежить від об’єктива та окуляра і дорівнює добутку їх збільшень:

де Vок , Vоб – збільшення окуляра та об'єктива відповідно;



L – оптична довжина тубуса мікроскопа;

250 – відстань найкращого зору, мм;

FОК, FОБ – фокусна відстань окуляра та об'єктива, відповідно.

На практиці робоче збільшення встановлюється комбінацією змінних окулярів та об'єктивів у відповідності з таблицею, що додається до мікроскопа.

Як видно з табл. 1.1, збільшення складає від 60 до 1440 разів при візуальному спостереженні і від 70 до 1350 разів – при фотографуванні.

Оптичний мікроскоп пристосовано для спостереження та фотографування структури. Основні системи мікроскопа: освітлювальна (джерело світла, конденсор, світлофільтри, діафрагми); оптична (об'єктив, окуляр, дзеркала, лінзи, призми) (рис. 1.8); механічна (штатив, тубус, макро- та мікро гвинти тощо).
Таблиця 1.1 – ^ Збільшення мікроскопа МИМ-7

Об’єктиви

Окуляри

при

візуальному спостереженні

при

фотографуванні

7x

10x

15x

20x

7x

10x

15x

F=23,17;

A=0,17

60

90

130

170

70

120

160

F=13,89;

A=0,3

100

140

200

300

115

200

270

F=8,16;

A=0,37

170

240

360

500

200

340

450

F=6,16;

A=0,65

250

320

500

650

260

440

600

F=2,77;

A=1,25

500

720

1080

1440

575

1000

1350



Для роботи на мікроскопі необхідно:

  • вибрати збільшення та встановити відповідні об'єктив та окуляр;

  • встановити предметний столик так, щоб об'єктив знаходився в центрі отвору кільця;

  • розмістити досліджуваний шліф на столик полірованою поверхнею донизу;

  • при спостереженні в окуляр 16 та обертанні макрогвинта провести грубе наведення на фокус та закріпити столик гвинтом. Точне фокусування здійснити обертанням в тому чи іншому напрямку мікрогвинтом;

  • дослідити структуру в різних ділянках шліфа, для чого перемістити предметний столик за допомогою гвинтів.


^

Рисунок 1.8 – Оптична схема мікроскопу

1 – електрична лампа; 2 – світлофільтр; 3 – дзеркало; 4 – лінза; 5 – апертурна діафрагма; 6 – лінза; 7 – поляризатор; 8 – фотозатвор; 9 – польова діафрагма; 10 – пентапризма; 11 – лінза; 12 – предметний столик; 13 – об’єктив; 14 – віддзеркалювальна пластина; 15 – заслінка (при роботі у темному полі); 16 – окуляр; 17 – лінза; 18 – дзеркало; 19 – матове скло; 20 – фотоокуляр; 21 – дзеркало



^ 1.4 Зміст протоколу

  1. Назва роботи.

  2. Мета роботи.

  3. Описати методику виготовлення макро- і мікрошліфів.

  4. Накреслити оптичну схему, описати будову і налагодження мікроскопа МИМ-7.

  5. Зарисувати та описати макроструктури двох зливків металу. Описати відмінності у їх будові та зазначити причини цього.

  6. Зарисувати макроструктури зразків після пластичної деформації. Пояснити рисунки, зазначити технологію виготовлення виробів.

  7. Дослідити та зарисувати макроструктуру зварного шва (визначити присутність дефектів, описати макроструктуру).

  8. Висновки по виконаній роботі.



^ 1.5 Питання для самоперевірки

  1. Сутність та призначення термічного, дилатометричного, електроннооптичного та рентгенівських методів дослідження.

  2. Будова дилатометра, електронного мікроскопа.

  3. Як за допомогою термічного метода побудувати діаграму стану?

  4. Приготування реплік та фольг для електронномікроскопічного аналізу.

  5. Особливості рентгеноструктурного та рентгеноспектрального методів дослідження.

  6. Сутність методу неруйнівного контролю якості деталей за допомогою рентгенівських променів.

  7. Сутність і призначення макроаналізу.

  8. Що таке макроструктура? Види її контролю.

  9. Що таке макрошліф? Методика його приготування.

  10. Макроструктура литого та гаряче деформованого металів, їх особливості.

  11. Як впливає розміщення волокон після гарячої деформації на механічні властивості матеріалу виробів ?

  12. Сутність і призначення мікроаналізу.

  13. Методика приготування мікрошліфів. Чим відрізняються технології макро- та мікрошліфів?

  14. Які деталі будови металу можна виявити на шліфах до та після травлення?

  15. Механізм виявлення структури при травленні.

  16. Будова металографічного мікроскопу.

  17. Як визначається розрізнювальна здатність мікроскопу, його корисне та практичне збільшення?

  18. Хід променів в оптичному мікроскопі МИМ-7.


^ 1.6. Рекомендована література

  1. Бялік О.М., Черненко В.С., Писаренко В.М., Москаленко Ю.Н. Металознавство. – К.: Політехніка, 2001.

  2. Лахтин Ю.М., Леонтьев В.П. Материаловедение. – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1990.

  3. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. – 6-е изд. – М.: Металлургия, 1989.


Лабораторна робота № 2

Вимірювання твердості металів

методом Бринелля
Мета роботи ознайомитися з методикою вимірювання твердості металів вдавлюванням кульки (методом Бринелля), будовою та роботою приладу Бринелля; набути практичних навичок вимірювання твердості.

^

2.1 Прилади і матеріали


  1. Прилад для вимірювання твердості матеріалів методом Бринелля (ТШ-2).

  2. Інструкція по експлуатації приладу ТШ-2.

  3. Відліковий мікроскоп, шліфувальна шкірка.

  4. Набір зразків.
^

2.2 Порядок виконання роботи


  1. Вивчити будову і роботу приладу ТШ-2.

  2. Ознайомитися з методикою вимірювання твердості методом Бринелля.

  3. Виміряти твердість зразків.

  4. Оформити результати дослідів і скласти протокол.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Схожі:

А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconЛабораторний практикум
Проектування художніх систем одягу. Лабораторний практикум для студентів спеціальності «Швейні вироби» спеціалізації «Моделювання...
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconЛабораторний практикум з генетики
Афанасьєва К. С, Рушковський С. Р., Безруков В. Ф., Демидов С. В. Лабораторний практикум з генетики. Посібник для студентів біологічного...
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconНафтогазоносні провінції Лабораторний практикум
Маєвський Б. Й., Манюк М.І., Хомин В. Р. Нафтогазоносні провінції: Лабораторний практикум. 2-ге вид зі змін. І доповн. – Івано-Франківськ:...
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconМіністерство освіти І науки україни івано-Франківський національний...
Хомин В. Р., Калиній Ю. А. Нафтогазопромислова геологія: Лабораторний практикум. – Івано-Франківськ: іфнтунг, 2010. – 69 с
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconОснови землевпорядкування та кадастру лабораторний практикум 2010
Демчук В. В., Ільків Є. Ю. Основи землевпорядкування та кадастру: лабораторний практикум – Івано-Франківськ: іфнтунг, 2010. – 78...
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconЛабораторний практикум
Лабораторна робота №5. «Звукова карта пк. Структура, налаштування. Дискретизація звукових сигналів»
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconМіністерство освіти І науки молоді та спорту україни харківський...

А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconЛабораторний практикум
Рекомендовано до видання Вченою радою Вінницького національного технічного університету Міністерства освіти І науки України
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconЛабораторний практикум
Рекомендовано до видання Вченою радою Вінницького національного технічного університету Міністерства освіти І науки України
А. В. Коваленко Лабораторний практикум iconЛабораторний практикум
Ф50 – 2-ге вид., випр. І доп. / В.І. Клапченко, В.І. Тарасевич, І. О. Азнаурян та ін./ За заг ред. В.І. Клапченка. – К.: Кнуба, 2006....
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2015
звернутися до адміністрації
skaz.com.ua
Головна сторінка