МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ
КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра: «Оборудование пищевых и рыбообрабатывающих производств»
«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
Методические указания к выполнению лабораторных работ
для студентов направлений подготовки бакалавров 6.050503 «Машиностроение», 6.070104 «Морской и речной транспорт», 6.050702 «Электромеханика», 6.051701 «Пищевые технологии и инженерия» дневной формы обучения
Керчь 2009 г.
Авторы – Карнаушенко Ю.В. ст. преп. кафедры ОПРП КГМТУ
Сушков О.Д. к.т.н. доцент кафедры ОПРП КГМТУ
Рецензент – Звегинцев А.И. к.т.н. доцент кафедры ОПРП КГМТУ
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ОПРП КГМТУ
Протокол № 8 от 27.05.2009 г.
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании учебно-
методического совета ТФ КГМТУ
Протокол № 7 от 23.06.2009 г.
Методические указания утверждены учёным советом КГМТУ
Протокол №6 от 26.06.2009 г.
©Керченский государственный морской технологический университет
Содержание
Общие организационно-методические указания........................ ………… 4
Лабораторная работа № 1. Кристаллизация металлов и сплавов...... …. ….5
Лабораторная работа №2. Макроструктурный анализ металлов и сплавов..12
Лабораторная работа №З. Микроструктурный анализ металлов и сплавов..18
Лабораторная работа №4. Определение твердости металлов и сплавов..................................................................................................................27
Лабораторная работа №5. Микроструктура углеродистых незакаленных сталей……………………………………………………………………………..38
Лабораторная работа №6. Микроструктура и свойства чугунов…………....47
Лабораторная работа №7. Основные виды термической обработки углеродистой стали……………………………………………………………59
Лабораторная работа №8. Упражнение по диаграмме состояний железоуглеродистых сталей…………………………………………………….52
Лабораторная работа №9. Ознакомление с химическим составом, маркировкой, свойствами и областью применения сталей и чугунов……..69
10. Лабораторная работа №10. Ознакомление с химическим составом, маркировкой, свойствами и областью применения цветных металлов…………………………………………………………………………77
11. Лабораторная работа №11. Микроструктура и свойства сталей после поверхностного упрочнения……………………………………………………83
12. Лабораторная работа №12. Изготовление изделий из неметаллических материалов………………………………………………………………………88
Литература………………………………………………………………………...94
ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Дальнейшее повышение качества подготовки специалистов в вузе в значительной степени зависит от сочетания теоретических и лабораторных занятий.
Основной задачей лабораторных занятий является углубление теоретических знаний, полученных студентами на лекциях.
Студенты перед проведением каждой лабораторной работы, тщательно изучают применяемое оборудование и приборы, содержание и порядок её проведения. Оформление отчёта, графическая часть работы, а также необходимые обозначения выполняются в соответствии с требованиями ЕСКД. Чертежи, схемы, зарисовки структур и оборудования выполняются карандашом, а расшифровка микроструктур и текст - пастой или чернилами. В период подготовки и на занятии каждый студент работает самостоятельно.
Студенты в начале семестра, перед началом лабораторных занятий знакомятся с наименованием и содержанием лабораторных и сроками их выполнения. На лабораторные занятия студент должен являться подготовленным к работе, т.е. он должен- знать теоретическую часть работы, иметь оформленный отчёт, а также быть готовым к опросу и выполнению практической части работы в отведенное время в лаборатории.
Каждая лабораторная работа имеет свой порядковый номер и методические указания к ней, в которых содержится:
1. Цель работы;
2. Материалы, приборы, оборудование;
3. Методика проведения работы;
4. Порядок оформления отчета;
5. Индивидуальное задание по работе (реферат), которое выдаётся преподавателем;
6. Вопросы, на которые студент должен обратить внимание при защите отчёта;
7. Рекомендуемая для теоретической подготовки и для практической работы литература.
Учебная группа (подгруппа) студентов на занятиях для выполнения лабораторных работ разбивается на рабочие подгруппы перед выполнением работы, предварительно, сдаёт преподавателю теоретическую часть работы и проходит инструктаж по технике безопасности. После выполнения практической части работы преподаватель проверяет качество оформленного отчёта и выдаёт каждому студенту индивидуальное задание - тему реферата по данной работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Кристаллизация металлов и сплавов
Цель работы:
Изучить процесс кристаллизации и основные методы направленного изменения размеров зёрен, и свойств металлов и сплавов; процессы формирования межзёренных границ, свободных от включений, а также методы экономии металла в слитках на примерах:
а) процесса кристаллизации капли раствора азотно-кислого свинца;
б) процесса затвердевания слитков и образования усадочной раковины в изложницах.
1. Теоретические сведения
Наиболее важным этапом формирования уровня механических свойств металлов и сплавов является процесс кристаллизации (кристаллизацией называется процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние с одновременным образованием в нём кристаллических решеток зёренного строения). На этом этапе у литой заготовки размеры зёрен можно измельчить ускоренным охлаждением, направленной кристаллизацией, модифицированием, а степень чистоты межзёренных границ повысить путём вакуумно-дугового, электрошлакового переплава или др. приёмами. Форма, величина, направление роста кристаллов зависят от скорости и степени переохлаждения сплавов при переходе из жидкого состояния в твёрдое. Основной причиной происходящих превращений охлаждаемых сплавов является свободная энергия сплава (под свободной энергией понимается та часть внутренней энергии вещества, которая может быть превращена в работу). Характер изменения уровня энергии в зависимости от температуры показан на рис. 1.1, а на рис. 1.2 показаны кривые охлаждения металлов: а) приближённая; б) теоретическая; в) практическая.
При достижении теоретической температуры кристаллизации свободная энергия жидкого и твёрдого состояний сплава равны, поэтому сплав находится в равновесии и процесс кристаллизации не идёт. Для развития процесса кристаллизации необходимо, чтобы свободная энергия твёрдого вещества была меньше, чем жидкого. Как видно на рис.1 Л. и 1.2. это возможно только при некотором переохлаждении сплава ДТ, называемом степенью переохлаждения.
Рис. 1.1.
Зависимость уровня энергии и температуры
Рис, 1.2. Кривые охлаждения металлов
Рис. 1.3. Влияние степени переохлаждения на процесс кристаллизации.
Последняя находится как разность между теоретической Ts и фактической Ткр температурами кристаллизации, т.е.Т= Ts - Ткр; а для развития процесса плавления при температуре Тпл необходима некоторая степень перегрева сплава и тогда Т = Тпл - Ts. Таким образом, величина переохлаждения сплава определяет ход процесса кристаллизации и существенно влияет на его элементарные части (см. рис. 1.3): а) скорость зарождения центров кристаллизации -- Ч.Ц.К; б) скорость роста кристаллов - С.Р.К.
Как видно на рис. 1.3 с увеличением степени переохлаждения возрастает число центров кристаллизации и увеличивается скорость их роста при определённой степени переохлаждения, наступает максимум этих величин. Влияние степени переохлаждения на процесс кристаллизации трудно проследить в предлагаемом опыте с каплей раствора азотнокислого свинца малого объема и необходимости усложнения опыта, но на примере изучения кристаллизации металлических слитков это влияние хорошо прослеживается по размерам и форме зёрен в различных зонах слитков.