Порядок выполнения задания 2

1.Изучить визуально или с помощью лупы изломы металлов и сплавов

2.Схематически зарисовать и описать изломы

3.Схематически зарисовать и описать макроструктуру выданных макрошлифов

4.Описать технику приготовления макрошлифа

Контрольные вопросы

1. Как изменилась качественно и количественно структура стали в результате

отжига?

2. Каковы структурные составляющие стали, их определение и твердость?

3. По какому признаку железоуглеродистые сплавы делятся на стали и чугуны?

4. Компоненты сталей и чугунов

5. Как определяется структура стали?

6. Как определяется средний условный размер фазы?

7. Как определяется относительное содержание фазы?

8. Как готовится микрошлиф?

9. Как определить результирующую кратность увеличения комплекса: микроскоп – цифровая камера- компьютер- принтер.

10. Как изображение структуры вывести на монитор компьютера, на принтер.

11.Каково назначение макроструктурного анализа?

12.Какие виды изломов можно наблюдать?

13.Можно ли судить по характеру изломов о причине разрушения детали?

14.Опишите технику приготовления макрошлифов.

15.Каково назначение операции травления?

Практическая работа №3

Тема: Анализ диаграммы состояния двойных сплавов. Превращения в железоуглеродистых сплавах

Цель работы: изучить диаграмму состояния Fe – Fe₃C (Fe – C), структурные составляющие железоуглеродистых сплавов и процессы превращения, протекающие в них.

Оборудование и материалы: диаграмма состояния Fe – Fe₃C (Fe – C), карандаш, линейка.

Задание

1. Построить кривые охлаждения исследуемых сталей и чугунов. Обосновать превращения в сплавах.

2. Дать характеристику фазам и структурным составляющим сталей и чугунов в равновесном состоянии.

Сведения из теории

Диаграмма состояния приведена на рисунке 3.1 и рисунке 3.2. Область существования чистого аустенита в железоуглеродистых сплавах ограничена линиями GSEA при условии, что точки N,H,I,B совмещены в точке А диаграммы. Максимальная растворимость углерода в аустените приходится на температуру 1147 и составляет 2,14 %. Максимальная температура существования аустенита в таких сплавах равна 727 и при этой температуре в нем может раствориться 0,8 % С. Линия ЕS определяет изменение растворимости углерода в - железе при охлаждении сплава 1147 до 727 . При 727 аустенит превращается в двухфазную смесь феррита и цементита, так как - железо превращается в -железо, а растворимость углерода в этих аллотропических модификациях различна, поэтому выделившийся избыточный углерод вступает в химическое соединение с железом и образуется Fe₃C – цементит. Это превращение протекает при постоянной температуре и на кривой охлаждения изображается горизонтальной линией. Горизонтальные линии выражают состояние трехфазного равновесия (степень свободы равна нулю). На линии ESF в равновесии находятся одна жидкая и две твердые фазы.

Рисунок 3.1 – Диаграмма состояния железо-цементит

Рисунок 3.2 –Диаграмма состояния железо-цементит

При охлаждении происходит эвтектическое превращение, состоящее в том, что жидкий раствор эвтектической концентрации (4,3% С) затвердевает, образуя эвтектическую смесь кристаллов аустенита с 2,14 % растворенного в нем углерода и кристаллов цементита. При нагревании происходит обратное превращение. Эвтектика (легко плавящаяся) железоуглеродисых сплавов называется ледебуритом. Эвтектика кристаллизуется из жидкости. На горизонтальной линии PSK в равновесии находятся три твердые фазы: аустенит, феррит, цементит. При охлаждении происходит эвтектоидное превращение: аустенит, содержащий 0,8 % углерода распадается на эвтектоидную смесь, состоящую из кристаллов феррита, в котором растворено 0,02 % С, и кристаллов цементита. При нагреве происходит обратное превращение. Эвтектоид железоуглеродистых сплавов называется перлитом. Эвтектоид кристаллизуется из твердой фазы. Диаграмма состояния позволяет определить, какую структуру будут иметь медленно охлажденные сплавы, а также решить вопрос о том, можно ли добиться изменения микроструктуры в результате термической обработки сплава.

Порядок выполнения работы

1. Преподаватель выдает каждому студенту состав сплава. Пользуясь диаграммой (рисунок 3.1) зарисовать фрагмент диаграммы, построить на нем кривую процесса охлаждения и описать процессы превращения в сплаве.

2. Описать фазы и структурные составляющие сталей и чугунов в равновесном состоянии.

Контрольные вопросы

1. Как изменяется растворимость углерода в аустените с изменением температуры?

2. Какое превращение протекает в сплавах на линии ECF и PSK?

3. Что выражает правило фаз и как оно записывается?

4. Дать определение эвтектики, эвтектоида, эвтектического превращения эвтектической смеси кристаллов.

5. Дать определение полиморфизма, привести примеры.

Практическая работа №4

Тема: Исследование свойств материалов, применяемых в сервисе

Цель работы: изучить методы и приборы для измерения твердости металлов, определить твердость заданных металлических материалов и провести анализ полученных результатов; изучить методы исследования водопоглощения текстильных материалов, определить водопоглощение заданных образцов текстильных материалов.

Оборудование и материалы: твердомер типа Роквелл, набор образцов металлов и сплавов, контрольные образцы; весы торсионные с погрешностью взвешивания не более 0.005г или весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 20г. Крючок из нержавеющей стали с грузиком массой 10г, размером 2 1 см².

Задание 1

Измерить твердость образцов из различных металлических материалов методом Роквелла. Сравнить полученные данные со справочными. Определить пригодность этого метода для испытуемых материалов.

Задание 2

Определить водопоглощательную способность текстильных материалов различного волокнистого состава. Исходя из полученных экспериментальных данных, произвести выбор материала для заданного швейного изделия.

Сведения из теории

Методы измерения твердости металлических материалов

Твердость металлов и сплавов определяют методами Бринелля, Роквелла и Виккерса. Твердость по методу Бринелля определяют вдавливанием шарика из твердого сплава в испытуемый образец или изделие. После снятия нагрузки на поверхности остается сферический отпечаток, диаметр которого тем больше, чем меньше твердость материала. По диаметру отпечатка, диаметру шарика и нагрузке рассчитывают твердость по формуле (4.1)

HB= , (4.1)

где D - диаметр шарика в мм; d - диаметр отпечатка в мм; Р – нагрузка в кгс. Диаметр шарика, нагрузку и выдержку выбирают (по справочным таблицам) в зависимости от материала, его твердости и толщины образца.

Методом Виккерса определяют твердость изделий, прошедших химикотермическую обработку или поверхностную закалку, в которых необходимо определить твердость упрочненного тонкого поверхностного слоя. Для этого в образец или изделие вдавливается алмазная пирамидка под нагрузкой 5, 10, 20…100 кгс при выдержке 10…15сек. После снятия нагрузки определяют величину диагонали отпечатка, а по справочной таблице твердость. Также твердость можно определить по формуле (4.2):

, (4.2)

где Р – нагрузка, кгс; - угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равный 136⁰; d – среднеарифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.

Методом Роквелла определяют твердость закаленных и отпущенных сталей и твердых сплавов. В образец или изделие вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120⁰ или закаленный стальной шарик диаметром 1,58 мм. Твердость определяется по глубине отпечатка, а за единицу твердости принята условная единица равная осевому перемещению наконечника на 0,002 мм (на индикаторе соответствует одному делению). При измерении алмазным конусом нагрузка на индентор (алмазный конус) равна 150 кгс, а отсчет твердости производят по шкале «С» (черного цвета) индикатора 6 (рис.1). При измерении шариком нагрузка на индентор (шарик) равна 100 кгс, а показание снимается по шкале красного цвета «В». Соответственно записывают HRC или HRB.

Установка представляет собой твердомер, схема которого приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Твердомер: 1,2,3 – грузы; 4 – демпфер; 5 – рычаг; 6 – индикатор стрелочный; 7- рукоятка; 8 – шпиндель; 9 - наконечник; 10 – стол предметный; 11 – маховик