Общие требования к выполнению и оформлению практических работ

1. Порядок выполнения работ:

   • изучить теоретический материал;

   • выполнить практические задания согласно алгоритму;

   • ответить на контрольные вопросы.

2. Форма отчетности:

Результаты выполнения практического занятия должны быть оформлены в тетради с указанием номера работы, ее наименования и содержать:

• номер, тему и цель работы;

• описание решения (алгоритма выполнения) заданий, сопровождающееся соответствующими таблицами и схемами;

• краткие ответы на контрольные вопросы.

Критерии оценки

Выполнение практических работ оценивается по следующей оценочной шкале:

• оценка «отлично» выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся глубоко и прочно освоил программный материал, умеет тесно связывать теорию с практикой, владеет разносторонними навыками и приемами выполнения предложенных заданий, а содержание работы изложено исчерпывающе полно, последовательно, четко и логически стройно, без каких-либо неточностей;

• оценка «хорошо» выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся твердо знает программный материал, правильно применяет теоретические положения при рассмотрении предложенных заданий, владеет необходимыми навыками и приемами их выполнения, а содержание работы изложено грамотно, без существенных неточностей;

• оценка «удовлетворительно» выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся имеет знания основного программного материала, но не усвоил его деталей, испытывает затруднения при выполнении предложенных заданий, в работе допущены неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушения логической последовательности в изложении;

• оценка «неудовлетворительно» выставляется тогда, когда из работы ясно, что обучающийся не знает значительной части программного материала, неуверенно и с большими затруднениями выполняет работу, а в изложении работы допущены существенные ошибки.

Практическая работа №1 Основные характеристики материалов

Цель работы: систематизировать знания о свойствах и характеристиках материалов.

Задачи:

- изучить основные механические, эксплуатационные и технологические свойства материалов;

Материалы обладают большим разнообразием свойств, от которых зависят такие процессы в элементах приборов, как передача, генерация, выпрямление или модуляция электрического тока, преобразование электрических сигналов в звуковые или световые и т.д. Эти свойства позволяют изготавливать такие разные по функциональному назначению, конструктивному исполнению и размерам изделия, как провода, трансформаторы, магниты, лазеры и мазеры, приемники света, полупроводниковые интегральные схемы и т.д. Для правильного выбора и эффективного использования этих материалов необходимо знание состава, строения, свойств и основных параметров (характеристик) материалов.

Таблица 1 - Основные характеристики материалов

Характеристики	Определение, формула
I. Механические характеристики материалов
1. Прочность
2. Предел прочности при растяжении, сжатии и статическом изгибе
3. Вязкость
4. Ударная вязкость
5. Упругость
6. Твердость. Методы определения твердости
7. Пластичность
8. Хрупкость	Хрупкость — свойство материала разрушаться под действием внешних динамических нагрузок без образования заметных остаточных деформаций. Хрупкость является противоположным свойству пластичности. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2…5%, а в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким материалам относятся, например, некоторые чугуны, высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др
II. Эксплуатационные и технологические характеристики материалов
Жаростойкость
Жаропрочность
Износостойкость
Хладоломкость
Радиационная стойкость
Обрабатываемость резанием
Обрабатываемость давлением
Свариваемость
Литейные характеристики

Порядок выполнения работы

1. Дополнить таблицу основных характеристик материалов определениями, формулами, величинами и единицами их измерения, примерами, подобно пункту I.8.

Требования к отчету

Наряду с общими требованиями к выполнению и оформлению практических работ, отчет должен содержать следующие материалы:

1. Таблицу основных характеристик материалов.

2. Краткие ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Из чего состоят вещества?

2. Какие виды химической связи вы знаете?

3. Чем отличаются аморфные вещества от кристаллических?

4. Как классифицируются материалы по поведению в электрическом поле?

Практическая работа №2

Структура и свойства сталей

Цель работы: изучить микроструктуру углеродистых сталей в равновесном (отожженном) состоянии.

Задачи:

- построить графики охлаждения сталей с различным содержанием углерода и пояснить все структурные изменения, происходящие при этом; зарисовать структуру сталей, расшифровать её и указать примерную область применения.

Ведение

Углеродистые стали, являются сплавами на основе железа содержащими до 2,14% углерода. Углерод может ограниченно растворяться в железе. Растворимость углерода в железе зависит от температуры и типа кристаллической решетки железа. Структура сталей в равновесном состоянии зависит от содержания углерода и может быть определена по диаграмме состояния ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД.

Железо Цементит

Рисунок 1 – Диаграмма железо-цементит

Растворимость углерода в Fe_α ограничена линией PQ и не превышает 0,02% даже при 727 ºС (ограниченный твердый раствор углерода в Fe_α называют ферритом). Основная доля углерода в сталях присутствует в виде карбида железа Fe₃C (цементита).

При содержании углерода 0,8% структура стали в равновесном состоянии состоит из перлита, представляющего собой гетерогенную смесь феррита и цементита, образовавшуюся в результате эвтектоидного превращения аустенита. Если аустенит был однородным по составу, то перлит имеет пластинчатое строение, а если температура нагрева была недостаточно высокой, и аустенит остался неоднородным по составу, то выделяющиеся при эвтектоидном превращении частицы цементита могут приобрести округлую зернистую форму. Перлит с таким цементитом называют зернистым.

В результате травления шлифа спиртовым раствором азотной кислоты зёрна феррита и цементита остаются светлыми, а колонии перлита становятся темными. Такая окраска перлита создаётся благодаря тому, что в дисперсной структуре перлита очень велика поверхность границ между двумя фазами ферритом и цементитом. В среде электролита, которым является раствор кислоты, эти фазы образуют микрогальваническую пару и фаза-анод (в этом случае – феррит) растворяется быстрее. На перлите образуется большое количество канавок, на которых происходит интерференция света или рассеяние. При больших увеличениях можно различить в колониях перлита отдельные пластинки феррита и цементита.

По отношению к эвтектоидной концентрации углеродистые стали делят на доэвтектоидные, содержащие не более 0,79%С, эвтектоидную с содержанием углерода 0,80% и заэвтектоидные ,содержащие углерода более 0,81%. При этом стали, содержащие до 0,02% С называют техническим железом.

Структура технического железа представляет относительно равноосные зёрна, разделенные тонкими, тёмными границами. Отдельные зёрна феррита при наблюдении под микроскопом выглядят немного темнее остальных. Различная окраска зерен феррита объясняется проявлением анизотропии химических свойств кристаллов, по-разному ориентированных относительно плоскости шлифа. Если содержание углерода превышает 0,006%,то в структуре технического железа можно наблюдать выделения третичного цементита, которые располагаются либо по границам зерен феррита в виде тонких прослоек, либо внутри зерен в виде мельчайших кристаллитов. Феррит является мягкой и пластичной фазой, а цементит - тверд и хрупок. Поэтому его присутствие уменьшает пластичность железа и малоуглеродистых сталей.

В сталях, содержащих углерода более 0,02%, в процессе отжига формируются колонии перлита.

Количество перлита зависит от содержания углерода в стали. Чем больше углерода, тем больше доля перлита и меньше доля феррита.

Используя микроскоп, можно в доэвтектоидной углеродистой отожженной стали определить количество углерода. Для этого нужно определить долю площади шлифа занимаемую перлитом. Если пренебречь малой растворимостью углерода в феррите (0,006%) и считать, что весь углерод стали сосредоточен в перлите, то можно вычислить содержание углерода по формуле: Х_с=0,8×N_п, где Х_с - содержание углерода в стали в процентах, N_п - доля площади шлифа, занятой колониями перлита.

В заэвтектоидных сталях при отжиге эвтектоидному превращению предшествует выделение из кристаллитов аустенита избыточного углерода. Выделяясь из аустенита, углерод в присутствии железа образует цементит (карбид железа), который, располагаясь между зёрнами аустенита, образует оболочку, разделяющую их (аустенит). В плоскости шлифа такая оболочка выглядит в виде сетки. Цементит, выделившийся при охлаждении аустенита в заэвтектоидных сталях называют вторичным. Выделения цементита вторичного по границам колоний перлита в виде оболочки (сетки) делает сталь хрупкой и не пригодной для использования. Поэтому в практике заэвтектоидные стали обрабатывают на зернистый перлит (с зернистым цементитом), имеющий более высокую вязкость.

Промышленные углеродистые стали кроме железа и углерода содержат также некоторые элементы, называемые примесями, которые попадают в сталь из шихты, из топлива или в виде технологических добавок и от которых не удаётся избавиться полностью. Часть примесей растворяется в феррите (Si, Mn, P), а часть присутствует в виде неметаллических включений (SiO₂, MnS, Al₂O₃). Наличие примесей тоже может повлиять на структуру сталей. Иногда они способствуют строчечному расположению феррита и перлита.

Порядок проведения работы.

1. Нарисовать диаграмму состояния Fe-Fe₃C.

2. Построить графики охлаждения сталей с различным содержанием углерода в равновесных условиях с указанием всех превращений, сопровождающих охлаждение и определить образующуюся структуру.

3. Расшифровать структуру изученных сталей.

4. Оценив содержание углерода в сталях, указать, для каких изделий их можно применять.