ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»
Курсовая работа
По дисциплине: «Методы исследования материалов и процессов»
Задание: Исследование зависимости среднего значения, дисперсии, ширины доверительного интервала для доверительной вероятности 95% случайной величины площади графитовых включений от минимального размера площади учитываемого графитового включения.
Выполнил: студент группы 1306
Валиева Л.Х.
Проверил: преподаватель
Панов А.Г.
Набережные Челны
2010 г
Содержание:
Введение
Металлография…………………………………………………………………. 3
Планиметрический способ определения структурного состава сплава по объему………………………………………………………………………….... 4
Чугуны. Общие сведения………………………………………………………………………..... 7
4. Белые чугуны…………………………………………………………………......9
5. Серые чугуны…………………………………………………………………..... 9
6. Ковкие чугуны………………………………………………………………….. 10
7. Высокопрочные чугуны………………………………………………………...11
8. Чугуны специального назначения…………………………………………….. 12
9. Практическая часть……………………………………………………………... 14
Вывод
Список использованной литературы.
Введение
Металлография начала развиваться более 200 лет тому назад. Первые опыты предпринял Реомюр (1683—1757 гг.). Путем травления он распознал различные сорта стали. Макроструктурные выявления он осуществлял без оптических вспомогательных средств.Путем травления кислотами Ринман отличал дамасскую сталь от обычной. Он писал в 1774 г.:«Травление оказалось пригодным средством распознавать различные сорта железа и сталей по твердости, плотности и равномерности или неравномерности структуры»
В России первые металлографические исследования железа и его сплавов были проведены Аносовым П. П. (1799—1851 гг.). Работая на Златоустовском металлургическом заводе (1830—1835 гг.), П. П. Аносов применил микроскоп для изучения структуры стали и её изменений после ковки и термообработки и установил существование связи между строением и свойствами стали. Именно эти годы можно считать началом зарождения металлографии в России. В 60-х годах XIX века Видманштеттен и Сорби применили микроскоп для исследования строения железа метеоритов.
Металлография.
Металлография (от металлы и ...графия), наука о структуре металлов и сплавов; составная часть металловедения. Металлография изучает закономерности образования структуры, исследуя макроструктуру и микроструктуру металла (путем наблюдения невооруженным глазом либо с помощью светового и электронного микроскопов). а также изменения механических, электрических, тепловых и др. физических свойств металла в зависимости от изменения его структуры. Для изучения микроструктуры используют, кроме того, рентгеновскую дифракционную микроскопию Исследование структуры необходимо для нахождения связи "структура - свойство", а установление закономерностей образования структуры - для прогнозирования на основе этой связи свойств новых сплавов. Например, прочность однофазных сплавов связана с размером зерна; при наличии включений второй фазы расстояние между включениями влияет на прочность и температуру рекристаллизации сплава; от размера и количества включений второй фазы зависят свойства ферромагнитных материалов. Макроструктура характеризуется формой и расположением крупных (зерен), наличием и расположением различных дефектов металлов, распределением примесей (см. Ликвация) и неметаллических включений. Микроструктура металлического материала определяется формой, размерами, относительным количеством и взаимным расположением отдельных фаз или их совокупностей, имеющих однообразный вид. Под тонкой структурой (субструктурой) понимают строение отдельных зерен, определяемое расположением дислокаций и др. дефектов решетки.
Помимо закономерностей образования структуры, Металлография изучает условия и причины возникновения при пластической деформации и рекристаллизации текстуры металлов, которая обусловливает анизотропию свойств поликристаллического материала
Роль металлографии в металловедении исключительно велика. Металлографические исследования дают научное объяснение явлениям, происходящим при термической обработке сплавов; они позволяют заранее судить о свойствах металлов и сплавов, определять их предыдущую обработку, выявлять местные пороки в деталях.
Творцом современной кристаллографии — науки о строении и свойствах кристаллов — является академик Е. С. Федоров (1853г.). Е. С. Федоров указал на возможность определения вещества по форме кристалла. Вместе со своими учениками он составил книгу «Царство кристаллов». Эта книга излагает основы современной кристаллографии и данные о величинах углов между гранями огромного количества кристаллов.
Анализ вещества по методу Е. С. Федорова производится на специальных приборах — гониометрах, позволяющих измерять углы между гранями кристаллов и определять по разработанным им правилам, с каким веществом мы имеем дело. Анализ по методу Федорова широко применяется в различных отраслях промышленности.
Величайшей заслугой Е. С. Федорова является решение сложной математической задачи о кристаллических пространственных решетках — законах расположения (укладки) атомов в кристаллах по отношению друг к другу. Он доказал, что должны существовать 230 способов построения кристаллов. После открытия рентгеновского структурного анализа опытные проверки строения кристаллов привели к блестящему подтверждению теории Е. С. Федорова.<1>
Планиметрический способ определения структурного состава сплава по объему.
В своей работе я опиралась на книгу Салтыкова С.А. «Стереометрическая металлография» В ней изложены принципы и система методов стереометрической металлографии, т.е. методов объективной, строго количественной оценки геометрических параметров пространственного строения металлов и сплавов. Количественная оценка пространственного строения много эффективнее и рациональнее обычной описательной оценки видимо! плоскостной микроструктуры. Она нашла широкое применение в металловедении, особенно в связи с автоматизацией процесса микроскопического анализа при помощи телевизионных сканирующих микроскопов<2>
Я попытаюсь рассмотреть такой параметр как площадь объекта, т.е определение объемного состава сплава. Определила, что данный момент существует не один метод вычисления этого параметра. Первоначально использовался планиметрический способ определения. <3>Этот метод сводится к измерению суммарной площади сечений микрочастиц данной структурной и составляющей (или фазы) на определенной площади металлографического шлифа. Планиметрический метод был предложен и использован для определения объемного минералогического состава горных пород по микроскопической структуре полированного образца породы. М. Делесс переводил на прозрачную бумагу контуры зерен отдельных минералов, видные на полированной поверхности породы, окрашивая зерна каждого из минералов условным цветом. Затем он наклеивал прозрачную бумагу на металлическую фольгу (для большей точности последующего взвешивания), вырезал зерна ножницами, группировал их по цветам окраски (по минералам), отклеивал фольгу и взвешивал ее отдельно для каждого из минералов. Полученная масса фольги пропорциональна площади соответствующих минералов на шлифе. Объемная доля каждого из минералов равна массе фольги
В своем первоначальном виде планиметрический метод весьма трудоемок и продолжителен, применим только к малодисперсной структуре. Он, однако, отличается высокой точностью, что позволяет применять вышеописанную методику для точной оценки площадей структурных составляющих. В других случаях применения планиметрического метода целесообразнее пользоваться менее трудоемкими способами измерения площадей, чем вырезывание и взвешивание фольги соответствующей группы.
Позднее появились более совершенные и менее трудоемкие методы определения объемного состава сплава.Такими методами являются линейный и точечный Они являются более производительными,чем планиметрический.
Использование планиметрического метода оправдано только для составляющих, объемная доля которых в сплаве невелика, так как при этих условиях трудоемкость определения точечным и линейным методами выше. Измерение суммарной площади заданной составляющей выполняют на определенной площади шлифа, которую целесообразно ограничить квадратом или прямоугольником. При этом некоторые сечения микрочастиц анализируемой составляющей будут перерезаны периметром квадрата и попадут внутрь него только частично. В тех случаях, когда измеряемые сечения микрочастиц имеют форму круга, суммируют площади только тех сечений, центры которых находятся внутри периметра квадрата. Сечения, центры которых лежат вне квадрата, не учитывают, если даже они частично находятся внутри периметра квадрата
При визуальном наблюдении структуры планиметрический метод применяют обычно только при круглой форме сечений микрочастиц анализируемой составляющей. Для оценки их площади используют окулярные вставки.
По другому варианту площади сечений микрочастиц, имеющих форму, близкую к кругу, определяют по измеренным диаметрам сечений, но регистрируют соответствующие им площади. Измерения диаметров сечений выполняют в делениях шкалы окуляр-микрометра с линейкой. Затем суммируют площади всех сечений микрочастиц, центры которых при движении шлифа прошли в пределах длины линейки окуляра. Полученную площадь делят на площадь структуры, на которой измерены все сечения. Эта площадь равна длине линейки окуляра (100 делений), умноженной на пройденный шлифом путь, выраженный в тех же единицах, т. е. в делениях линейки.
При анализе по микрофотографии или на матовом стекле камеры микроскопа, форма сечений микрочастиц не обязательно должна быть круглой. На микрофотографии очерчивают квадрат (или прямоугольник), внутри которого измеряют площади сечений микрочастиц методом наложения прозрачного шаблона. При наложении на сечение фигуры шаблона, площадь которой равна площади сечения, недостаток площади внутри фигуры должен быть равен ее избытку вне фигуры. Оценивают и суммируют площади сечений, полностью попавших внутрь квадрата, половину площадей сечений, разрезанных сторонами квадрата, и четвертую часть площади сечений, попавших на вершины квадрата; Полученную суммарную площадь сечений делят на площадь квадрата, измеренную в тех же единицах, что и площади фигур шаблона, и получают объемную долю анализируемой структурной составляющей.
В настоящее время существуют программы-анализаторы,позволяющие углубленно изучать микроструктуры.Одной из таких программ является ImageExpert Pro 3<4>
Программа предназначена для решения задач количественного анализа изображений микроструктур в металлографии, материалов и порошков в материаловедении, препаратов и объектов в медицине и биологии. Анализатор представляет собой интеграцию современных технологий по обработке изображений, созданных на базе мощных математических методов и проверенных на практике на более чем полусотне промышленных предприятий и научных центров в России и за рубежом.
Анализатор позволяет получать широкий спектр геометрических параметров элементов структуры, к наиболее важным из которых можно отнести процентные доли составляющих; площади; периметры; минимальные, максимальные и средние диаметры; параметры формы и вытянутости объектов; характеристики распределения объектов (в том числе ареальные диаграммы и диаграммы свободных расстояний, гистограммы межцентровых расстояний и расстояний между объектами); характеристики анизотропии структур и многое другое. Получаемые характеристики доступны как для каждого объекта в отдельности, так и в виде их статистической подборки. Анализатор позволяет представлять полученные распределения параметров в соответствии с требованиями российских и международных стандартов. Являясь универсальным инструментом, ImageExpert Pro 3 использует настройки стандартов не только включённые в поставку, но и позволяет пользователям самостоятельно настраивать анализатор на работу в соответствии с требованиями нужной нормативной документации.
Чугуны
<5>Чугуны — это железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 % углерода и затвердевающие с образованием эвтектики. В отличие от стали чугуны обладают низкой пластичностью. Однако, благодаря высоким литейным свойствам, достаточной прочности и относительной дешевизне, чугуны нашли широкое применение в машиностроении.
Чугуны выплавляют в доменных печах, вагранках и электропечах. Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используются для последующей выплавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20 % всех выплавляемых чугунов используют для изготовления отливок.
Углерод в чугуне может находиться в виде цементита, графита или одновременно в виде цементита и графита. Образование стабильной фазы - графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита (при замедленном охлаждении расплавленного чугуна цементит может подвергнуться разложению РезС —> Fe + ЗС с образованием феррита и графита). Процесс образования в чугуне (стали) графита называют графшпизацией.
Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного смазочного действия и повышения прочности пленки смазочного материала. Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием (с образованием ломкой стружки) и обеспечивают более чистую поверхность, чем стали (кроме автоматных сталей).
Присутствие эвтектики в структуре чугунов обусловливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Высокие литейные свойства при небольшой стоимости обеспечили широкое применение чугунов в промышленности.
Механические свойства чугуна обусловлены, главным образом, количеством и структурными особенностями графитной составляющей. Влияние графитных включений на механические свойства чугуна можно оценить количественно (ГОСТ 3443—87). Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень их изолированности, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе. Наиболее высокую прочность обеспечивает шаровидная форма графитной составляющей, а для хлопьевидной составляющей характерны высокие пластические свойства. Чугун с пластинчатым графитом можно рассматривать как сталь, в который графит играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу.
Применяемые для отливок чугуны имеют в среднем состав: С — 2...40o,Si—1.5...40o,Mn—0,6...1.250o,P—0,l...l,20o,S<0,060o.
Углерод определяет количество графита в чугуне: чем выше его содержание, тем больше образуется графита и тем ниже механические свойства. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) должно быть не меньше 2,4 % С.
Кремний оказывает большое влияние на структуру и свойства чугунов, так как величина температурного интервала, в котором в равновесии с жидким сплавом находятся аустенит и графит, зависит от его содержания. Чем больше содержание кремния, тем шире эвтектический интервал температур. Таким образом, кремний способствует процессу графитизации, действуя в том же направлении, что и замедление скорости охлаждения. Изменяя, с одной стороны, содержание в чугуне углерода и кремния, а с другой — скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы чугуна.Сера и марганец являются вредными технологическими примесями, содержание которых в чугунах ограничивают. Сера ухудшает механические и литейные свойства. И сера, и марганец препятствуют графитизации. Фосфор не влияет на графитизацию, а при повышенном (до 0,4...0,5 ° о) содержании повышает износостоикость чугунов, так как образуются твердые включения фосфидной эвтектики.
Самым распространенным видом термообработки чугунов является отжиг отливок при 430...600 °С для уменьшения литейных напряжений, которые могут вызвать даже коробление фасонных изделий. Нормализация чугуна проводится для аустенизации ферритной и ферритно-перлитной матриц и последующего перлитного превращения, что обеспечивает упрочнение. Закалку чугуна на мартенсит с нагревом до 850...930 °С и охлаждением в воде и масле применяют для повышения прочности и износостойкости. После закалки проводят низкий отпуск (200 °С) для уменьшения закалочных напряжений или высокий отпуск (600...700 °C для получения микроструктур сорбита или зернистого перлита, обеспечивающих повышенную вязкость.
Классификацию чугунов проводят по виду и форме углеродосо-держащей структурной составляющей, то есть по наличию и форме графита.
По виду структурной составляющей выделяют чугуны без графита — белые чугуны, в которых практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита. Промежуточное положение занимает половинчатый чугун, большая (« 0,8 %) часть углерода которого находится в РезС. Структура половинчатого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.
Чугуны с графитом в зависимости от формы последнего разделяют на серые, ковкие и высокопр очные. Серыми называют чугуны, в структуре которых графит имеет пластинчатую форму. В ковких чу-гунах графит имеет хлопьевидную форму, в высокопрочных чугунах -шаровидную. К числу высокопрочных относят также чугуны с графитом вермикулярной (греч. — червячок) формы, которые по свойствам (ГОСТ 28394—89) занимают промежуточное положение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом.